DE3020319A1

DE3020319A1 - Ruecktrittventil insbesondere fuer gasleitungen

Info

Publication number: DE3020319A1
Application number: DE19803020319
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich 5489 Insul Simsheuser
Original assignee: INSUL AHR GERAETEBAU
Current assignee: INSUL AHR GERAETEBAU
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1981-12-03

Description

HOLGER ARENTOFT ^ 5461 Kasbach-Ohlenberg 19. Mai 1980

PATENTANWALT * ^' b. Linz am Rhein

GartenstraQe 18

τ, TJ ,- «i. t- ^ ·■ /-,ι. Tel. Unz 2612, Vorwahl 02644

Anmelder: Gerätebau Insul/Ahr

K.-P. Simsheuser GP 443 Insul/Ahr

Rücktrittventil insbesondere für Gasleitungen

Die Erfindung betrifft ein Rücktrittventil insbesondere für solche Gasleitungen, die ein brennbares Gas unter Niederdruck an ein Verbrennungselement heranführen, in welchem das Brenngas mit Druckluft oder mit einem sonstigen unter Hochdruck stehenden Nährmedium, z.B. Sauerstoff, vermischt und verbrannt wird. Verbrennungselemente der hier in Frage kommenden Art werden in großer Zahl an Gasheizanlagen verwendet, aber auch in der Industrie, an Schmelzofen, Glühofen, Brennofen, Schweißanlagen usw.

Derartige Rücktrittventile sind an sich bekannt. Sie haben die Aufgabe, zu verhindern, daß das unter Hochdruck stehende Nährmedium in die Niederdruckleitung des brennbaren Mediums eindringt, weil sich nach einem solchen Rücktritt ein zündfähiges Gemisch in der Niederdruckleitung bildet und dadurch möglicherweise eine Explosion ausgelöst werden kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, muß das Rücktrittventil derart eingerichtet sein, das es auch bei geringem Druck des brennbaren Mediums zuverlässig öffnet und genauso zuverlässig bei geringem Gasdruck schließt, wenn kein Verbrennungsgas abgenommen wird. Schließlich muß das Rücktrittventil imstande sein, sowohl einen schleichenden als auch einen schlagartigen Rücktritt des Hochdruckmediums aufzufangen, ohne daß diß Dichtungen dabei beschädigt werden.

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Bankkonto: 53322 Stadtsparkasse Linz am Rhein (BLZ 57451410)

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Um auch bei sehr niederem Gasdruck (50 mm WS und weniger) wirksam zu bleiben, muß der Dichtteller des Rücktrittventils einen relativ großen Durchmesser besitzen, mindestens ca. 40 mm. Die Ventilfeder, die den Verschluß des Dichttellers am Ventilsitz bewerkstelligt, muß sehr schwach sein, damit auch bei einem geringen Gasdruck das Brenngas noch imstande ist, das Ventil zu öffnen; andererseits aber muß die Federkraft ausreichen, um bei Nichtabnahme des Brenngases das Ventil zuver-, lässig geschlossen zu halten.

Die bisher bekannten Rücktrittventile sind nicht imstande, im untersten Niederdruckbereich unter ca. 10 mm WS diese untereinander widersprüchlichen Bedingungen zuverlässig zu erfüllen. Zwar ist die offizielle Druckuntergrenze (Druck am Anfang des Leitungssystems) bei Stadtgas 60 mm WS. Der beim Verbraucher vorhandene Gasdruck liegt normal um 40 mm WS; unter widrigen Umständen im Leitungsnetz, wie z.B. Engpässe durch Verschmutzung, zeitweilig größere Gasabnahme, unzureichende Leitungsquerschnitte usw., können erhebliche Druckabfälle entstehen. Nicht wenige Gasexplosionen sind dadurch zustandegekommen, daß ein Rücktrittventil beim Rücktritt des unter hohem Druck stehenden Nährmediums versagt, oder daß es nicht ausreichend sicher den Gasstrom verschließt, wenn keine Gasabnahme stattfindet.

Der Zwang zur Verwendung einer sehr schwachen Ventilfeder in Verbindung mit einem großen Ventiltellerquerschnitt ist physikalisch bedingt und technisch nicht behebbar. Eine Überwindung der vorhin dargelegten Übelstände, mit denen die bisher bekannten Rücktrittventile behaftet sind,

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kann mithin nur über eine Verbesserung und Verfeinerung der Ventildichtung erfolgen. Die meistbekannte Ventildichtung besteht aus einem am Ventilteller angeord-

neten flachen elastischen Dichtring, der in der Dichtstellung auf einem ringförmigen Metallwulst am Ventilsitz aufliegt. Dieser Wulst weist ein etwa dreieckiges Profil auf und drückt bei geschlossenem Ventil die verrundete Dreieckskante in den weichen Dichtring hinein.

Selbst wenn der Ventilsitz fehlerfrei gearbeitet und die Ebene der Dreieckskante genau plan ist, der Ventilteller ebenfalls eine genaue Anlageebene bildet und der elastische Dichtring einen hohen Weichheitsgrad aufweist, reicht diese Dichtung nicht aus, um mit Sicherheit auch bei Gasdrücken unter 20 mm WS einwandfrei zu funktionieren, da es nicht möglich ist, elastische Dichtringe zu erhalten, deren Oberflächenbeschaffenheit und Planparallelität hinreichend genau sind. Selbst an Dichtringen bester Qualität ergeben sich Planparallelitätsunterschiede bis 80JLK> , viel zu viel, um eine zuverlässige Dichtung zu gewährleisten. Die absolute Obergrenze liegt unter 20 /λ/ .

Auch die Beständigkeit der für die Dichtringe verwendeten Elastomere muß in Betracht gezogen werden. Beispielsweise gibt es sehr weiche Elastomere, die zwar für die Abdichtung unter den vorliegenden extremen Verhältnisse an sich geeignet wären, die aber von den Gasen angegriffen und zer setzt werden. Mithin ist an dem Elastomer die Forderung zu stellen, daß es gegenüber dem jeweils in Frage kommenden Gas chemisch beständig sein muß.

Diese gesamte Problematik beschäftigt schon lange die Fachwelt. Es ist u.a. versucht worden, in eine Rundnut der

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Ventilplatte einen weichen O-Ring einzulegen, auf welchen der Ventilteller aufliegt. Da die Schnurstärke des O-Ringes selbst bei sorgfältigster Herstellung um 3OyU^ schwankt, ist auch diese Lösung nicht zuverlässig.

In bezug auf Dichtigkeit erschien beim ersten Blick eine rein metallische Dichtung etwas günstiger. Es wurde ein Messingteller mit sorgfältig geläppter Stirnfläche mechanisch gegen eine mit einem etwa 1 mm breiten geläppten Rundwulst versehene Messingventilplatte ange^ drückt. Nach leichtem Einfetten war das Ventil zwar dicht, aber in der Praxis unbrauchbar, weil der erforderliche Öffnungsdruck zu hoch war : wegen der Einfettung klebten die Metallteile aneinander. Außerdem waren die Teile zu schwer; wenn man aber den Ventilteller etwa aus Aluminium gefertigt hätte, wurden zwischen Messing und Aluminium elektrische Ströme entstehen, die den Sitz elektrolytisch zerstören würden.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Rücktrittsventil insbesondere für Gasleitungen der beschriebenen Art zu schaffen, welches die an den bekannten Rücktrittventilen haftenden Nachteile beseitigt und imstande ist, selbst unter extrem geringem Gasdruck einerseits bei Gasabnahme sich prompt zu öffnen und so den Gasfluß sicherzustellen, und andererseits beim Aufhören der Gasabnahme zuverlässig den Gasstrom abzuschließen. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Rücktrittventil imstande sein, einen schlagartigen Rücktritt des Druckmediums auszuhalten, ohne dabei Beschädigungen zu erleiden, die zu Störungen führen könnten.

Diese Erfindungsaufgäbe wird dadurch gelöst, daß die Ventilplatte eine dem Ventilteller und dem als ebene .

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Ringfläche gestalteten Ventilsitz gegenüber angeordnete, mit trapezförmigen Querschnitt versehene Rundnut aufweist, in welche ein elastischer Dichtring mit einem in der Hauptsache dem Querschnitt der Rundnut entsprechend trapezförmigen Querschnitt eingebracht ist, wobei an der dem Ventilsitz zugewandten Ringfläche des Dichtringes ein als Dichtsitz dienender kleinerer Dichtwulst mit in der Hauptsache dreieckigem Querschnitt und verrundetem Dichtrand ausgebildet ist, während an der dem Boden der Rundnut zugewandten Ringfläche des Dichtringes zwei dem Dichtwulst entsprechende Dichtwülste derart angeordnet sind, daß der zwischen ihnen befindliche Ringnut dem an der dem Ventilsitz zugewandten Ringfläche ausgebildeten Dichtwulst gegenüber liegt.

Um mögliche Störungen an der Planparallelität des als Ringfläche ausgebildeten Ventilsitzes 10, die beispielsweise durch schlagartige Rücktritte u.a., aber auch durch extreme Temperatureinflüsse verursacht werden könnten, vorzubeugen, ist der Ventilteller 9 in einer bevorzugten Auöführungsform als flacher Konus gestaltet, an dessen Rand der Ventilsitz 10 ausgebildet ist. Die Konusform des Ventiltellers ermöglicht ein pendelndes Einhängen des Ventilführungsbolzens in eine am Ventilteller ausgebildete Verbindungsschale, welche vorteilhaft zwischen der vom Ventilsitz gebildeten Ebene und der Konusspitze des Ventiltellers angeordnet sein kann.

Das Rücktrittventil nach der Lehre der vorliegenden Erfindung öffnet bei jedem Gasdruck, auch bei extrem niedrigen Gasdrücken von wenigen WS und verschließt auch

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bei den gleichen niedrigen Mediumsdrücken die Gasleitung zuverlässig.

Nach den jahrzehntelangen unbefriedigenden Bemühungen der Fachwelt, die Problematik des Gasrücktrittventils zu lösen, kam diese einfache und gleichzeitig vollständige Lösung völlig überraschend.

Anhand der Zeichnungen wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigen :

Figur 1 die Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rücktrittventil, in einem Längsschnitt,

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung Figur 1, mit dem Rücktrittventil in der Verschlußstellung

und

Figur 3 den Ausschnitt Figur 2, jedoch in der während eines Rückschlages des unter Hochdruck stehenden Mediums gegebenen Ventilstellung.

Die Bezugsziffern der Figuren zeigen an :

1 die Ventilplatte

2 das Ventilgehäuse

3 eine Befestigungshülse

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4 einen O-Ring

5 eine Zentralbohrung der Ventilplatte

6 eine äußere Führungshülse, in die Zentralbohrung 5 eingesteckt

7 eine innere Führungshülse aus Kunststoff

8 den Führungsbolzen des Ventiltellers

9 den Ventilteller, als flacher Konus ausgebildet

10 den Ventilsitz

11 eine Verbindungsschale, am Ventilteller ausgebildet

12 einen Halteknopf am Führungsbolzen 8

13 eine Verjüngung des Führungsbolzens 8 unter dem Halteknopf 12

14 eine Federschale am Führungsbolzen 8

15 einen Haltering zur Befestigung der Federschale

16 eine Haltestufe an der äußeren Führungshülse

17 die Ventilfeder

18 eine Rundnut in der Ventilplatter 1

19 einen Dichtring zur Abdichtung am Ventilsitz

20 einen Dichtwulst am Dichtring 19

21,22 Dichtwülste an der breiteren Ringfläche des Dichtringes 19

23 eine Ringnut am Dichtring 19

24 Durchgangsöffnungen an der Ventilplatte

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Die kreisförmige Ventilplatte 1 des Rücktrittventils besteht aus Messing und ist in üblicher Weise in einem Ventilgehäuse 2 eingebettet, von einer Befestigungshülse 3 abgestützt und mittels eines O-Ringes 4 seitlich abgedichtet. In einer zentralen Bohrung 5 der Ventilplatte 1 sind Führungshülsen 6,7 angeordnet; die äußere Führungshülse 6 besteht aus Messing und ist an der Ventilplatte 1 befestigt. Die an der äußeren Führungshülse 6 befestigte innere Führungshülse 7 besteht aus einem Kunststoff (Polyamid).

In die innere Führungshülse 7 ist der Führungsbolzen 8 des Ventiltellers 9 eingesteckt. Sowohl der Führungsbolzen 8 als auch der Ventilteller 9 sind aus Aluminium gefertigt, um als bewegliche Teile möglichst wenig Gewicht aufzuweisen; die aus Polyamid bestehende innere Führungshülse 7 dient dazu, das Aluminium des Führungsbolzens 8 von dem Messing der äußeren Führungshülse 6 zu trennen, um einer elektrolytischen Zerzetzung der beiden Metalle vorzubeugen. Ferner gewährleistet die Kunststoffhülse eine reibungsarme Bewegung des Ventilschafts ohne Schmierstoff.

^ Der Ventilteller 9 ist als flacher Konus gestaltet, um in dieser Weise dem Rand, der als Ventilsitz 10 wirkt, eine erhöhte statische Festigkeit gegen temperatur- oder stoßbedingte Werfungen zu geben, die z.B. durch schlagartige Rücktritte des Hochdruckmediums entstehen könnten. An der Spitze des flachen Kegels 9 ist eine Verbindungsschale 11 ausgebildet, in welcher der Führungsbolzen 8 mit Hilfe eines Halteknopfes 12 und einer Verjüngung 13 gelagert ist. Um den als Ventilsitz 10 dienenden Rand des konusförmigen Ventiltellers 9 mühelos

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läppen zu können, ist die Unterkante der Verbindungsschale 11 zwischen der Konusspitze und der vom Ventilsitz IO gebildeten Ebene angeordnet. Am unteren Teil des Führungsbolzens 9 ist eine Federschale 14 mittels eines Halteringes 15 befestigt. Zwischen der Federschale 14 und einer an der äußeren Führungshülse 6 ausgebildeten Stufe 16 ist eine schwache Ventilfeder 17 eingebracht. Bei einem Ventiltellerdurchmesser von 65 mm weist die Ventilfeder 17 in der Vorspannung eine ("*■*■■ Kraft von nur etwa 0,4 N auf. Die Feder ist aus rostfreiem Stahl.

In die Ventilplatte 1 ist eine kreisförmige Rundnut 18 eingearbeitet, deren Kreismittelpunkt in der Achse der Bohrung liegt. Der Querschnitt der Rundnut 18 ist trapezförmig; die Öffnung der Rundnut bildet die kürzere Parallelseite des Trapezes. Der Boden der Rundnut 18 muß eine fehlerfrei glatte Oberfläche besitzen und ist poliert. In der Rundnut 18 ist ein Dichtring 19 eingelassen, welcher in der Hauptsache einen dem Querschnitt ^: der Rundnut entsprechenden trapezförmigen Querschnitt aufweist.

An der kürzeren Parallelseite des Trapezes ist ein da-. rauf ruhendes kleines Dreieck 20 mit verrundeter Spitze angeordnet, während an der längeren Parallelseite zwei ebensolche Dreiecke 21,22 mit ebenfalls verrundeten Spitzen ausgebildet sind, zwischen welchen.sich ein etwa trapezförmiger Einschnitt 23 befindet« Der Dichtring weist demzufolge an seiner schmäleren Ringfläche ein Dichtwulst 20 mit verrundetem Dichtsitz und an seiner breiteren Ringfläche zwei solche Dichtwülste 21,22 auf, wobei zwischen den Dichtwülsten 21,22 eine trapezförmige Ringnut 23 entstanden ist, welche dem auf der schmäleren

Ringfläche

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befindlichen Dichtwulst 20 unmittelbar gegenüberliegt. Der derart gestaltete Dichtring 19 ist aus einem weichen gasimmunen Elastomer gefertigt.

Das erfindungsgemäße Rücktrittventil funktioniert wie folgt : in der Ruhestellung ist der Druck in den das Ventil flankierenden Ventilräumen A und B gleich groß. Bei Gasabnahme (Öffnung des AbnähmeventiIs, nicht gezeichnet) sinkt der Druck im Räume B, und der etwas größere Druck im Räume A hebt den Ventilteller 9 ab O (gestrichelt angedeutet auf Figur 1), wonach das Gas durch die Öffnungen 24 der Ventilplatte 1 aus dem Raum A in den Raum B herausströmt.

Die durch die Auflage des geläppten Ventilsitzes 10 auf den schmalen und niedrigen Dichtwulst 20 des Dichtringes 19 erzielte Dichtung hält selbst bei der vorhin angegebenen sehr geringen Federkraft (im Beispiel 0,4 M) zuverlässig dicht, und die geringe Federkraft ermöglicht andererseits, daß das Rücktrittventil auch bei geringem Gasdruck sofort öffnet. Wegen der Dreiecksform der Wülste 20,21,22 werden diese mühelos eingedrückt, weil extrem wenig Masse verformt werden muß; sie stellen in ι dieser Weise eine rundum perfekte Dichtung dar, und zwar

nicht nur am Ventilsitz 10, sondern genauso am Boden der trapezförmigen Rundnut 18. Da die Ringwülste 20,21,22 im. Verhältnis zu ihrer Breite nur eine geringe Höhe besitzen, können sie dem Druck nicht etwa dadurch ausweichen, daß sie stellenweise umkippen. Bestünde diese Möglichkeit, würden an den Knickstellen Undichtigkeiten entstehen.

Die Dichtwirkung des Dichtringes 19 ist eine dreifache : während der Dichtwulst 20 an der oberen Ringfläche des

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Dichtringes 19 einen unmittelbaren Mediumsdurchtritt zwischen Ventilteller 9 und Dichtring 19 verhindert, blockieren die unteren Dichtwülste 21,22 durch ihre Auflage auf dem planparallel polierten Nutboden der Rundnut 18 dem Medium den Umweg über die Plänken des Dichtringes 19. Die Dichtwirkung ist eine dreifache, und die Gesamtelastizität des Dichtringes entspricht mithin der Weichheit eines dreifach weicheren Elastomers. Hierzu kommt, daß der Dichtring zusätzlich über die Ringnut 23 einfedert.

Ein weiterer bedeutsamer Vorteil des erfindungsgemäßen Dichtringes 19 besteht darin, daß er bei einem schlagartigen Rücktritt des Hochdruckmediums in den Ventilraum B hinein nicht von dem Ventilsitz 10 beschädigt werden kann, denn im Gegensatz zu den Ventilsitzen bekannter Rücktrittventile stellt der Ventilsitz 10 eine relativ große Ringfläche dar; bei einem schlagartigen Rücktritt drückt der Ventilteller über diese große Fläche den elastischen Dichtring etwas in die Rundnut 18 hinein, wobei die drei Ringwülste 20,21,22 in die Hauptmasse ies Dichtringes 19 einsinken, vgl. Figur 3.

Nach Beendigung des Rücktritts richtet sich der Dichtring 19 und dessen Ringwülste 20, 21,22 wieder auf. Verletzungen am Dichtring 19 bzw. am Ventilsitz 10 sind bei einem schlagartigen Rücktritt nicht möglich. Neben der überraschend effektiven Dichtung an den Ringwülsten 20,21,22 selbst bei extrem kleinen Gasdrücken stellt diese Tatsache ein entscheidender Vorteil an dem erfindungsgemäßen Rücktrittventil dar : unliebsame Überraschungen nach schlagartigen Rücktritten des Hochdruck-

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mediums sind ausgeschlossen.

Abschließend soll auf den Vorteil hingewiesen werden, der sich aus der Konusform des .Ventiltellers 9 ergibt.

Durch die Konusgestalt ist eine größere statische Festigkeit des Ventilsitzes gegeben : Werfungen am Ventilsitz, sei es wegen extremer TemperaturSchwankungen, sei es aufgrund von Stoßimpulsen, sind weitgehend ausschließbar. Im Gegensatz zu der Verhaltensweise eines scheibenförmigen Ventiltellers kann zuverlässig damit gerechnet werden, daß der geläppte Ventilsitz seine Planparallelität auch bei heftigen Rücktritten behält. Bei dem erfindungsgemäßen Rücktrittventil, das darauf eingestellt ist, selbst bei kleinsten Gasdrücken wirksam zu sein, ist diese Tatsache von großer Bedeutung.

3 Ansprüche

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Leerseite

Claims

GP

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(l.y Rücktrittventil insbesondere für Gasleitungen, die ein brennbares Gas unter Niederdruck an ein Verbrennungselement heranführen, in welchem das Brenngas mit Druckluft oder mit einem sonstigen unter Hochdruck stehenden Nährmedium, z.B. Sauerstoff, zum Zwecke der Verbrennung vermischt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (1) eine dem Ventilteller (9) und dem als ebene Ringfläche gestalteten Ventilsitz (10) gegenüber angeordnete, mit trapezförmigen Querschnitt ausgestattete Rundnut (18) aufweist, in welche ein elastischer Dichtring (19) mit einem in der Hauptsache dem Querschnitt der Rundnut (18) entsprechend trapezförmigen Querschnitt eingebracht ist, wobei an der dem Ventilsitz (10) zugewandten Ringfläche des Dichtringes (19) ein als Dichtsitz dienender kleinerer Dichtwulst (20) mit in der Hauptsache dreieckigem Querschnict und verrundetem Dichtrand ausgebildet ist, während an der dem Boden der Rundnut (18) zugewandten Ringfläche des Dichtringes (19) zwei dem Dichtwulst (20) entsprechende Dichtwülste (21,22) derart angeordnet sind, daß die zwischen ihnen befindliche Ringnut (23) dem an der dem Ventilsitz (10) zugewandten Ringfläche ausgebildeten Dichtwulst (20) gegenüber liegt.

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2. Rücktrittventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (9) eine flache
Konusgestalt aufweist, an dessen Mantelrand der
Ventilsitz (10) ausgebildet ist.

Rücktrittventil nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Rand der den
Führungsbolzen (8) aufnehmenden Verbindungsschale (11) zwischen der von dem Ventilsitz (10) gebildeten Ebene und der Konusspitze des Ventiltellers (9) angeordnet ist.

Für den Anmelder:

:olcjer Arerito'
Patentanwalt

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