DE3441348A1 - Ventilanordnung - Google Patents

Description

R. & G. Schmöle Metallwerke GmbH & Co. KG, 5750 Menden

Ventilanordnung

Die Erfindung richtet sich auf eine Ventilanordnung z.ur überführung von Gas niedrigen Drucks von einem Druckbehälter mit Gas unter höherem Druck zu einem. Verbraucher gemäß den Merkmalen Im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Ventilanordnung zählt durch die EP 00 5^ 717 zum Stand der Technik. Sie wird beispielsweise im. Haushalt bei einem Getränkeautomaten z.ur eigenen Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken eingesetzt.

Das Druckreduzierventil ist hierbei unmittelbar in einen zugleich den Ventilkörper bildenden Druckbehälteraufsatz eingebaut. Es umfaßt einen kolbenartigen Schließkörper, welcher in einer Bohrung des Ventilkörpers gleitet. DruckbehälterseItIg Ist der Schließkörper durch eine Ventilfeder belastet, welche sich an einem Absatz der Ventilkörperbohrung abstützt. Auf der anderen Seite ist in den Schließkörper ein vorsprungsloser Öffnungsstößel eingeschraubt. Dieser durchdringt eine Vent Us It zs ehr aube relatlvverschlebllch, welche In den Ventilkörper eingedreht ist. In der Schließposition ragt der konisch gestaltete Endabschnitt des Öffnungsstößels, über die Stirnfläche der Ventilsitzschraube hinaus.

Der Druckregler Ist als Membranregler gestaltet. Er bildet Bestandteil eines zweiteiligen Gehäuses, in welches außerdem, ein Niederdruck-Sicherheitsventil und ein Rückstrom-Sicherheitsventil in diametraler radialer Anordnung eingegliedert sind. Das Reglergehäuse Ist mit dem Druckbehälteraufsatz zusammensteckbar. Auf der dem Öffnungsstößel des Druckreduz-ierventlls zugewendeten Seite befindet sich In axialer Ausrichtung zum Öffnungsstößel ein Öffnungsnocken, der mit der Membran verbunden ist und folglich deren Bewegungen mitvollzieht .

Ein Nachteil der bekannten Ventilanordnung besteht darin, daß die Regelfeder des Druckreglers einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweisen muß. Hiermit wird nämlich erreicht, daß der Durchmesser des innenseitig der Membran liegenden Federtellers begrenzt wird und dadurch der Durchmesser* des freien beweglichen Teils der Membran nicht auf ein unrealistisches Maß ansteigt. Der geringe Durchmesser der Regelfeder führt aber zu einer relativ großen Pederkonstante, wodurch die Einstellgenauigkeit des Membranreglers eingeschränkt wird. Dieser Sachverhalt wird darüberhinaus noch dadurch ungünstig beeinflußt, daß sich bei einem, längeren wartungslosen Einsatz der Ventilanordnung die Pederkonstante ohnehin ändert. Ferner Ist der Werkstoff der Membran in aller Regel sehr aufnahmefähig für COp. Folglich Ist zu berücksichtigen, daß In Abhängigkeit von der EinwirkteIt des COp auf die Membran diese quillt und damit dicker wird, was ebenfalls eine Änderung der Membraneinstellung zur Folge hat.

Ein weiterer Nachteil haftet der bekannten Ventilanordnung dahingehend an, daß das Druckreduzierventil dem unter hohem Druck stehenden Gas aus dem Druckbehälter eine ziemlich große Angriffsfläche bietet. Es ist demzufolge ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich, um das Druckreduzierventil zu öffnen. Diese Öffnungskraft muß aber dann noch größer sein, wenn durch Temperaturerhöhung der Gasdruck ansteigt. Immerhin ist zu beachten, daß die gattungsgemäße Ventilanordnung meistens in einem Temperaturbereich von etwa 15 ⁰C bis etwa ^O ⁰C eingesetzt wird und in diesem Temperaturbereich der Druck in dem Druckbehälter daher zwischen etwa 10 und etwa l40 bar variieren kann. Aufgrund dieser Temperaturabhängigkeit des Gases wächst die Ungenauigkelt beim Zusammenwirken des Druckreglers mit dem. Öffnungsstößel des Druckreduzierventils, Je stärker die Temperatur am Einsatz.ort variiert. Die Bekannte Ventilanordnung 1st also nur dann wirklich einwandfrei funktionstüchtig, wenn die Temperatur am. Einsatzort bekannt 1st, diese Temperatur konstant bleibt und mithin der Druckregler auf diese Temperatur exakt eingestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Ventilanordnung so zu verbessern, daß sie In einem größeren Temperaturbereich und damit auch In einem größeren Druckbereich des Gases, Insbesondere eingesetzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung In den im. kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Ein grundlegender Vorteil besteht bereits in der Verwendung eines sauber zu führenden Kolbendruckreglers anstelle eines Membran-Druckreglers. Die umfangsseitig des Reglerkolbens angeordnete, reibungs- und verschleißarme Kolbendichtung eliminiert hierbei den an sich vorhandenen Mangel der Kolbenreibung im Vergleich z.u einer Membran. Die Membran ist jedoch ein Verschleißteil. Die Membranwerkstoffe sind alterungsempfindlich und haben durchweg eine geringe COp-Beständigkeit. Infolge der speziellen Kolbendichtung kann jetzt eine Reglerfeder verwendet werden, die im Vergleich zu einer Membranfeder einen wesentlich größeren Außendurchmesser aufweist. Ihr Außendurchmesser braucht nur geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Kolbendichtung zu sein. Auf diese Weise wird eine günstige, d. h. kleine Federrate erzielt. Das vorteilhafte Verhältnis der Federkraft zum Hub mit der damit verbundenen geringen Federkonstante erlaubt eine außergewöhnlich feinfühlige Einstellung des Druckreglers. An dieser Einstellung ändert sich nichts, wenn sich die Umgebungstemperaturen und damit auch die Gastemperaturen ändern. Nachteile durch CO5-Aufnähme sind nicht vorhanden. Die Regelfeder kann einen geringeren Windungsneigungswinkel erhalten, wodurch auch bei einem längeren Einsatz ein Setzen der Feder und das damit verbundene Nachjustieren des Druckreglers auf ein Minimum reduziert werden.

Die spezielle Ausgestaltung des Druckreduzierventils als Bestandteil einer auswechselbaren Ventilpatrone erlaubt eine Präzis ions fertigung und schafft insgesamt einen Austausch*· teil mit hoher Wartungsfreundlichkeit. Der vergleichbar relativ masselose Öffnungsstößel gestattet ein verzögerungsfreies Regelverhalten. Der Überstand des freien Endes des öffnungs-

stößeis über die Stirnfläche des Patronengehäuses ist exakt einstellbar, und zwar dadurch, daß diese Einstellung durch Schleifen nach Unter-Druck-Setzen des Ventils auf beispielsweise 60 bar erfolgen kann. Die verschwindend kleine Angriffsfläche für das Gas ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, daß sich Temperaturerhöhungen und damit verbundene Druckerhöhungen des Gases nur unwesentlich auf die aus dem Druckregler stammenden Öffnungskräfte auswirken. Das Regelverhalten der Ventilanordnung bleibt auch ohne Wartung und ohne Nachstellung über einen langen Zeitraum erhalten.

Die Einstellgenauigkeit der Ventilanordnung und das Zusammenwirken des Öffnungsnockens mit dem. Öffnungsstößel wird durch das Merkmal im Anspruch 2 weiter verbessert.

Die Merkmale des Anspruchs 3 gestatten es, die erfindungsgemäße Ventilanordnung vielseitig zu verwenden. Die Integration des Druckreglers und der Ventilpatrone in ein und denselben Gehäuseaufsatz erlaubt insbesondere den Anschluß an ein übliches Gasflaschen-Ventil. Evtl. Zusatzeinrichtungen, wie Rückschlagventile, Sicherheitsventile und Druekentlastungen können wahlweise ergänzend integriert werden.

Eine besonders kompakte Ausführungsform besteht in den Merkmalen des Anspruchs 4. Auch wird die Wartung hierdurch wesentlich erleichtert.

Unter Verwendung der Merkmale des Anspruchs 5 ist die Entlüftungsmöglichkeit, die Druckanzeige und der Überdruckschutz des nachgeschalteten Systems auch bei geschlossenem. Kugel-Rückschlagventil und bei abgeklemmtem. Druckgasbehälter gewährleistet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 im Querschnitt, teilweise um 90° versetzt, eine Ventilanordnung zur Überführung von Gas niedrigen Drucks von einem Druckbehälter mit Gas unter höherem Druck zu einem Verbraucher;

Figur 2 eine weitere Ausführungsform, einer solchen Yentilanordnung , ebenfalls im Schnitt und

Figur 3 in vergrößerter Darstellung im Querschnitt eine Ventilpatrone mit einem Druckreduzierventil zur Eingliederung in die Yentilanordnungen der Figuren 1 und 2.

Die in der Figur 1 veranschaulichte Ventilanordnung kann z. B. mit einem Druckbehälter 2 verbunden werden, der als Gasflasche ausgebildet ist und unter Druck stehendes CQp-Gas enthält.

Das COp-Gas dient beispielsweise zur Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken im Haushalt. Zu diesem. Zweck muß der Druck des COp-Gases im Druckbehälter 2 auf das Druckniveau gesenkt werden, mit welchem das nicht dargestellte Verbrauchsgerät betrieben wird.

Die Ventilanordnung 1 umfaßt zunächst ein Druckredu-¹-zierventil 3 als integrierter Bestandteil einer Ventilpatrone 4, Die aus der Figur 3 näher erkennbare Ventilpatrone 4 ist gemäß

der Ausführungsform, der Figur 1 in einen gehäuseartigen Druckbehälterauf satz 5 auswechselbar eingeschraubt. Der Druckbehälterauf satz 5 ist winkelförmig gestaltet und besitzt einen konischen Einschraubstutzen 6. Der Druckbehälteraufsatz 5 kann aber auch gerade ausgebildet sein. Als überdrucksicherung ist eine BerstScheibensicherung vorgesehen, welche aus einem. Berstscheibengehäuse 7 und einer Berstscheibe 8 besteht. Die Berstscheibe 8 ist mittels des Berstscheibengehäuses 7 in dem Druckbehälteraufsatz 5 festgelegt. Das Berstscheibengehäuse 7 ist in eine Gewindebohrung 9 des Druckbehälteraufsatzes 5 eingeschraubt, welche mit dem Winkelkanal 10 im Druckbehälteraufsatz 5 verbunden ist.

Die mit einem Flansch 11 in einer Ausnehmung 12 des Druckbehälteraufsatzes 5 zur Anlage gelangende Yentilpatrone weist eine abgestufte Durchgangsbohrung 13 auf (Figur 3). Der Endabschnitt des im. Durchmesser größeren Längenbereichs der Durchgangsbohrung 13 ist durch einen Sinterfilter 14 verschlossen. Am. Sinterfilter Ik stützt sich eine Ventilfeder 15 ab, welche einen zapfenartigen Fortsatz 16 des tellerförmigen Schließkörpers 17 des Druckreduzierventils 3 umgreift. Die Ventilfeder 15 drückt den mit einer Dichtung 18 versehenen Schließkörper 17 gegen einen ringschneidenförmigen Dichtsitz 19 des Patronengehäuses 20, welcher sich in Richtung zum Sinterfilter 14 hin erstreckt. Der Schließkörper 17 hat einen erheblichen radialen Abstand zur Wandung der Durchgangsbohrung 13. Auf der anderen Seite des Schließkörpers 17 ist ein Öffnungsstößel 21 befestigt, der sich mit radialem Abstand zu der in Richtung zur Stirnfläche 22 des Patronengehäuses 20 enger werdenden Stufenbohrung 23 erstreckt. Der überstand des Öffnungsstößels 21 stirnseitig des Patronengehäuses 20 ist exakt durch Schleifen definierbar, wenn die

Ventilpatrone 4 in den Druckbehälteraufdatz 5 eingesetzt und der Druckbehälteraufsatz 5 mit dem Druckbehälter 2 verschraubt Ist. Das Druckreduzierventil 3 steht dann unter einem Druck von beispielsweise 60 bar.

Mit dem Druckbehälteraufsatz 5 ist ein Druckregler lösbar gekuppelt (Figur 1). Der Druckregler 24 Ist In einem Gehäuse 25 angeordnet, In welchem zugleich ein Kugel-Rückschlagventil 26, ein Niederdruck-Sicherheitsventil 27 und eine Niederdruck-Druckentlastung 28 mit Druckanzeigestift 29 vorgesehen sind. Der Gehäuseabschnitt mit dein Kugel-Rückschlagventil 26, dem Sicherheitsventil 27 und der Druckentlastung 28 Ist z.u dem Gehäuseabschnitt mit dem Druckregler 24 um. 90° versetzt gezeichnet. Die Verbindung erfolgt über den Kanal 30.

Der Druckregler 24 Ist als Kolbenregler gestaltet. UmfangsseItIg des Reglerkolbens 31 ist eitle diesen geg;en das Reglergehäuse 25 abdichtende relbungs- und verschleißarme Kolbendichtung 32 vorgesehen. Der Außendurchmesser der Kolbendichtung 32 beläuft sich zum Außendurchmesser der Regelfeder 33 etwa wie 1 : 0,9- Die einerseits sich am Reglerkolben 31 abstützende Regelfeder 33 stützt sxch andererseits an einer Einstellscheibe 34 ab, welche In das offene Ende 35 des Reglergehäuses 25 eindrehbar ist.

Im. Reglerkolben 31 Ist mit Paßsltz ein Öffnungsnocken 36 eingesetzt, der in eine Führungsbohrung 37 Im Reglergehäuse 25 greift und mit dem Öffnungsstößel 21 zusammenwirkt.

Die In der Figur 2 veranschaulichte Ausführungsform einer Ventilanordnung 1' vereinigt den Druckregler 24 und die Ventilpatrone 4 mit dem Druckreduzierventil 3 in einem einzigen

Druckbehälteraufsatz. 5'· Der mit dem. Reglerkolben 31 verbundene Öffnungsnocken 36' ist hierbei hülsenartig ausgebildet und übergreift das freie Ende der Ventilpatrone 4.

Der Einbau der Ventilpatrone 4, des Reglerkolbens 31 und der Regelfeder 33 erfolgt nach dem. Entfernen einer Einstellhülse 38, welche durch eine Schutzhaube 39 abdeckbar ist. Die Schutzhaube 39 wird auf die Einstellhülse 38 geklemmt. Der Gewindeanschluß 40 des Druckbehälteraufsatzes 5' dient zur Festlegung an einer Gasflasche 2. Der Stutzen 4l führt zum Verbraucher. Es können aber auch bei dieser Ausführungsform wie bei der Ausführungsform der Figur 1 ein Kugel-Rückschlagventil 26, ein Niederdruck-Sicherheitsventil 2J und eine Niederdruck-Druckentlastung 28 mit Druckanzeigestift 29 zusätzlich integriert werden.

Die Wirkungsweise der Ventilanordnung 1 der Figur 1 ist wie folgt:

Z-ur Entnahme von CO„-Gas wird das Reglergehäuse 25 mit dem Druckbehälteraufsatz 5 verbunden. Das Druckreduzierventil 3 ist geschlossen. Öffnungsnocken 36 und Öffnungsstößel 21 berühren sich nicht.

Wird nun über die Entnahmeleitung 43 Gas vom Verbraucher entnommenj sinkt der Druck im Kolbenräum 42 ab. In Abhängigkeit von der Einstellkraft der Regelfeder 33 wird über den Öffnungsnocken 36 der Öffnungsstößel 21 verlagert, so daß das Reduzierventil 3 öffnet und Gas nachströmen kann.

Dadurch, daß die Druckanzeige- und Niederdruck-Entlastungsvorrichtung 28 sowie das Niederdruck-Sicherheitsventil 27 im Reglergehäuse 25 über einen Kanal 44 miteinander verbunden und schaltungstechnisch dem Kugel-Rückschlagventil 26 nachgeordnet sind, kann auch bei geschlossenem. Kugel-Rückschlagventil 26 und bei abgeklemmtem Druckbehälter 2 entlüftet und der Druck angezeigt sowie ein Überdruckschutz; gewährleistet werden.

Wird ein vorgeschriebener Höchstdruck im System überschritten, so spricht das Niederdruck-Sicherheitsventil 27 an, indem sich der Schließkörper 45 gegen die Rückstellkraft der Feder 46 von dem Dichtsitz 47 abhebt und das Gas abströmen kann.

Der Druckanzeigestift 29 der Niederdruck-Druckentlastung 28 zeigt an, wenn der Drückbehälter 2 leer ist. Ih diesem Fall wird der Druckanzeigestift 29 durch die Kraft der Feder nach innen verlagert und steht nicht mehr sichtbar vor.

Die Wirkungsweise der Ventilanordnung 1^T der Figur 2 entspricht derjenigen der Ventilanordnung 1 mit der Einschränkung, daß bei der Ventilanordnung 1^T der Druckbehälteraufsatz 5' zugleich das Reglergehäuse bildet und somit mit einem Druckbehälter direkt verbunden ist.

Claims (4)

P A T «Ξ N T A 1N W Ä L T E DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN 1 A A 1 ? A R AKTEN-NR. 371/31157 463Ο BOCHUM 1. 12.11.1984 PostschlleBfach 1O24BO „„ ,., Ihr Zeichen BergstraBe 159 AK/iv Fernruf O234- / B19 B7 Talegr. Stuhlmannpatent Telex 825 361 swop d Patentansprüche:

1. Ventilanordnung zur überführung von Gas niedrigen Drucks Ton einem. Druckbehälter mit Gas unter höherem Druck zu einem "Verbraucher, welche ein Druckreduzierventll mit einem federbelasteten Schließkörper sowie einen mit diesem verbundenen öffnungsstößel und einen Druckregler mit einer Regelfeder sowie mit einem auf den Öffnungsstößel einwirkenden Öffnungsnocken umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß das Druckreduzierventll (3) als integrierter Bestandteil einer in einem gehäuseartigen Druckbehälteraufsatz (5, 5') auswechselbar gelagerten Ventilpatrone (4) einen sich an einem In Richtung zum Druckbehälter (2) hin erstreckenden ring schneiden for öligen Dicht sitz (19) ab-'stützenden, mit radialem Abstand zum Patronengehäuse (2Ö.) angeordneten tellerförmigen Schließkörper (17) aufweist, wobei der mit definiertem überstand stirnseitig des Patronengehäuses (20) vorkragende Öffnungsstößel (21) sich mit radialem Abstand durch eine Im Patronengehäuse (20) vorgesehene, in Richtung zum Druckregler (24) enger werdende Stufenbohrung (23) erstreckt und sich die Yentilschließfeder (15) an einem im. Patronengehäuse (20) befestigten Sinterstopfen (14) abstützt und daß der Druckregler (24) als Kolbenregler mit einer

den Reglerkolben (31) gegen das Reglergehäuse (25) abdichtenden, reibungs- und verschleißarmen Kolbendichtung (32) ausgebildet ist, deren Außendurchmesser sich zum Außendurchmesser der Regelfeder (33) etwa wie 1. : 0,9 beläuft.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Öffnungsnocken (36, 36^!) mit Paßsitz z.entriert im Reglerkolben (3D eingesetzt Ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (24) und die Ventilpatrone (4) mit dem Reduzierventil (3) in ein und denselben Gehäuseaufsatz (5^r) integriert sind.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler

(24) mit einem. Kugel-Rückschlagventil (26), einem Niederdruck-Sicherheitsventil (27) und einer Niederdruck-Druckentlastung (28) mit Druckanzeigestift (29) in einem, gemeinsamen Gehäuse

(25) angeordnet ist, welches mit dem die Ventilpatrone (4) aufnehmenden Gehäuseaufsatz (5) zusammengesteckt werden kann.

5» Ventilanordnung nach Anspruch 4₅ dadurch gekennzeichnet , daß das Niederdruck-Sicherheit sventil (2Z) und die Niederdruck-Druckentlastung (28) über einen Kanal (44) miteinander verbunden sowie dem Kugel-Rückschlagventil (26) schaltungstechnisch nachgeordnet sind.