DE3515573A1 - Hochgeschwindigkeitsrueckschlagventileinrichtung zum schutz von druckwandlern und dergleichen - Google Patents

Description

Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung zum Schutz von Druckwandlern und dergleichen

Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung zum Schutz von Druckwandlern und dergleichen und inbesondere unkompliziert gebaute,billige und miniaturisierte Rückschlagventilkonstruktionen, die sofort und automatisch auf abrupte hohe Fluiddruckstöße ansprechen, indem sie eine Sperre und Abdichtung gegen die Übertragung solcher Drucke auf verletzliche Bauteile bilden, wie die Membran und Dichtungen eines kapazitiv arbeitenden Manometers, wobei solche Ventile hinsichtlich ihres AnsprechVermögens leicht einstellbar sein sollen, Selbstreinigungseigenschaften aufweisen und ohne Energiezufuhr von außen arbeiten sollen.

Es sind bereits viele unterschiedliche Ausführungsformen von Fluidventilen bekannt, zu denen auch die sogenannten Rückschlagventile gehören, bei welchen der Fluidstrom im wesentlichen auf eine Richtung begrenzt ist, beispielsweise durch ein hin- und herbewegbares, in einem Scharnier angelenktes Ventilelement, wobei in manchen Fällen eine Federvorspannung oder eine elektromagnetische Betätigung vorgesehen ist. Wenn jedoch in Kombination ein extrem rasches Ansprechen, ein sehr dichter und gut haltender Ventilverschluß, ein einstellbares Ansprechvermögen, ein schneller und zwangsweiser Verschluß mit einem Gasstrom, der jedoch gering ist, und ein vollautomatisches Hochgeschwindigkeitsarbeiten unabhängig von der Energie einer Hilfsquelle gefordert wird, sind an den bisher bekannten Konstruktionen erhebliche Verbesserungen erforderlich. Solche Anforderungen ergeben sich beispielsweise bei Ventileinrichtungen, welche aufwendige druckempfindliche Vorrichtungen gegen plötzliche große Druck-

stoße schützen sollen, wie dies der Fall bei empfindlichen kapazitiven Manometern ist, deren dünne Membranen und relativ schwache Dichtungen beschädigt werden können, wenn ein nahezu explosionsartiger Lufteinstrom beim Umbruch von einem sehr niedrigen Meßdruck auf einen relativ hohen atmosphärischen Umgebungsdruck auftritt. Wenn in solchen Zeiträumen einer Zerstörung vorgebeugt werden soll, muß die Meßeinlaßöffnung eines solchen Manometers in der Nähe des eigentlichen Ansetzens des Druckübergangs ausreichend vor dem sehr kurzen Zeitraum abgesperrt werden, den der zerstörende UmgebungsIuftdruck benötigen würde, um das Manometer von außen her anzugreifen. Dies erlaubt tatsächlich nur einen vernachlässigbaren kurzen Zeitraum für die Feststellung von abrupten Druckänderungen und für die schnelle Betätigung von Ventilelementen entgegen ihrer Trägheit. Darüber hinaus muß die Absperrung und Abdichtung von ausgezeichneter Qualität und Vollständigkeit sein, da eine Leckage die Verwirklichung der beabsichtigten Schutzwirkungen verhindert.

Es genügt auch nicht, daß die Absperrung bei einer plötzlichen Drucksteigerung durchgeführt und beibehalten wird, es muß auch möglich sein, daß das Ventil sehr schnell weit öffnet, so daß das zugeordnete Manometer die gewünschten Druckmessungen während des Prozessbetriebs ausführen kann, während dem Schwankungen oder Änderungen zwischen Zuständen mit hohem und niedrigem Druck auftreten. Vorzugsweise soll das Ansprechvermögen einer solchen Ventileinrichtung einstellbar sein, um den Erfordernissen von unterschiedlichen Arbeitsbedingungen zu genügen.

Die gewünschte Rückschlagventilwirkung mit ausreichend hoher Geschwindigkeit und mit der geforderten Dichtungsgüte zum Schutz eines kapazitiv arbeitenden Druckmessers oder dergleichen gegen Schäden aufgrund von plötz-

lichen Gasdruckstößen kann erfindungsgemäß mit Hilfe eines leichten, frei beweglichen Ventilelements oder Stopfens erreicht werden, der so geformt ist, daß er fluidgetrieben sofort aus einer durch die Schwerkraft induzierten offenen Ruhestellung in eine mit Linienberührung wirkende geschlossene Dichtungsbeziehung an einem Körpersitz gebracht werden kann, wenn ein plötzlich ansteigender Fluiddruck sich durch den Ventilkörper in das verletzbare Druckmeßgerät fortplanzen möchte.

Vorzugsweise dient dafür erfindungsgemäß ein Ventilkörper mit zwei fluchtend ausgerichteten, mit Öffnungen versehenen Teilen, die in Gewindeeingriff stehen und dabei in einstellbarer, teleskopartig umhüllender Beziehung mit einem einstückigen, frei beweglichen Ventil- oder Verschlußelement stehen, das aus einem elastomeren Material geformt ist. Das Verschlußelement hat einen kegelstumpfförmigen Ventilabschnitt für den Sitzeingriff in Linienkontakt mit einem stationären Sitz, der als kreisförmiger,schmaler Rand um einen Durchgang durch eines der Körperteile ausgebildet ist. Dieser konische Ventilabschnitt geht in ein sich leicht verjüngendes oberes Führungsende über, das immer lose in den Durchgang ragt und verhindert, daß das frei bewegliche Verschlußelement sich so ausrichtet, daß es einen nicht genauen Sitz einnehmen würde. An seinem gegenüberliegenden unteren Ende hat das Verschlußelement eine relativ breite Oberfläche, die für das Auftreffen des anströmenden Gases freiliegt, wodurch es entgegen der Wirkung der Schwerkraft nach oben gedrückt wird, wobei sein konischer Abschnitt mit dem stationären Sitz in Eingriff kommt und abdichtet. Wenn sich der Außendruck an den Druck im Manometer angleicht oder diesen Druck unterschreitet, fällt das Verschlußelement unter dem Einfluß der Schwerkraft schnell aus seiner geschlossenen Ausrichtung am sitz nach unten, wodurch das Manometer für Messungen von

niedrigen Drucken geöffnet wird. Ein solcher Druckabfall tritt ein während des normalen Betriebsverlaufs des Manometers. Es kann auch sein, daß sich innere und äußere Drucke allmählich und ohne Gefahr einer Beschädigung des Manometers ausgleichen aufgrund einer relativ langsamen erlaubten Leckage durch das Rückschlagventil hindurch. Das Ansprechvermögen des Ventils kann dadurch eingestellt werden, daß die durch Gewinde verbundenen Körperteile festgezogen werden, wodurch der zulässige Weg des in ihnen aufgenommenen Verschlußelements beschränkt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird somit ein in seiner Wirkung einzigartiges, vorteilhaftes, schützendes Rückschlagventil geschaffen, das unkompliziert ist, betriebssicher arbeitet, ohne Aufwand herstellbar ist und genau eingestellt werden kann. Eine solche Rückschlagventileinrichtung kann den Durchgang von schädlichen Wirkungen von Fluiddruckstößen sofort sperren und umgehend die Arbeitsbedingungen bei offenem Ventil, wenn dies erforderlich ist, wiederherstellen.

Die erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung zum Schutz von kapazitiv arbeitenden Druckmeßgeräten und dergleichen weist ein leichtes bewegliches elastisches Verschlußelement auf, das so geformt und positioniert ist, daß es fluidgetrieben schnell in seine Sitzabdichtung bringbar ist, wo es die Übertragung von gefährlichen Fluiddruckstößen aussperrt, während der normale offene Zustand unter dem Einfluß der Schwerkraft aufrechterhalten oder wiederhergestellt wird.

Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht die Ventileinrichtung in Zuordnung zu einem schematisch gezeigten kapazitiv arbeitenden Manometer, wobei das bewegliche Ventilelement und sein Sitz gestrichelt eingezeichnet sind,

Fig. 2 teilweise im Axialschnitt die Bauelemente der Ventileinrichtung auseinandergezogen,

Fig. 3 die Ventileinrichtung im Axialschnitt zusammengefügt, wobei das bewegliche Ventilelement teilweise aufgebrochen ist und

Fig. 4 in einer Einzelheit teilweise im Querschnitt den Innenabschnitt der Ventileinrichtung mit Ventilelement, Sitz und Führung.

Die in Fig. 1 gezeigte, schützend wirkende Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung 5 hat an den gegenüberliegenden Enden eines Hauptventilkörpers 5C eine Einlaßkupplung 5A bzw. eine Auslaßkupplung 5B. Die Ventileinrichtung ist in einer Leitung für den Strom eines gasförmigen Fluids zwischen einem kapazitiv arbeitenden Manometer 6 und einer Stelle angeordnet, an welcher der Gasdruck überwacht wird, beispielsweise an einer evakuierten Stelle, wo ein sehr niedriger Druck in Verbindung mit der Herstellung von elektronischem Halbleitergerät aufrechterhalten wird. Das als Beispiel gewählte kapazitiv arbeitende Manometer 6 ist ein Sensor in Einseitenbauweise für die Absolutdruckmessung, wobei Kondensatorelektroden 6A und 6B innerhalb einer evakuierten und abgedichteten Bezugsdruckseite 6C der Ummantelung 6D angeordnet und extern mit einem nicht gezeigten Meßgerät verbunden sind, welches auf diejenige kapazitive Beziehung der Elektroden anspricht, die durch druckinduzierte Verformungen einer relativ dünnen Metallmembran 6E hervorgerufen werden.

Abhängig davon, welche Drucke der fühlenden Druckseite 6F der Einheit übertragen werden, kann sich die Membran 6E mehr oder weniger durchbiegen, wie dies durch die gestrichelte Linie 6E¹ dargestellt ist, wobei die zugehörigen Kapazitatsmessungen diese Drucke charakterisieren. Bestimmte bauliche Eigenheiten, die die Manometer nach ihrer Auslegungen haben, um die erforderliche Empfindlichkeit aufweisen zu können, sind ebenfalls potentielle Quellen für Schwierigkeiten, wie dies bei der dünnen Membran 6E der Fall ist. Diese Membran 6E muß insbesondere ausreichend elastisch verformbar sein, damit sie wiederholt in vorhersagbarer Weise sowohl auf geringe als auch auf größere Druckänderungen anspricht. Sie darf jedoch ihre elastischen Kräfte nicht überschreiten, mit nahegelegenen Bauteilen nicht in Kontakt kommen und ihre Halterungen und Abdichtungen nicht übermäßig beanspruchen. Sie ist hochgradig verletzbar, wenn der gemessene Druck abrupt auf einen hohen Wert springt, wie dies typisch und häufig der Fall ist, wenn das der Messung unterliegende System plötzlich mit Atmosphärendruck verbunden wird. In solchen Fällen kann die Membran sehr heftig stoßbeansprucht und gedehnt werden, wodurch Verletzungen und Fehlfunktionen äußerst wahrscheinlich werden, vor allem dann, wenn solche Betriebszustände wiederholt auftreten.

Die Geschwindigkeit, mit der große Drucksprünge auftreten, verlangt einen brauchbaren Schutz über elektronisch gesteuerte, elektromagnetische Hochgeschwindigkeitsventileinrichtungen. Ein solche Lösung ergibt jedoch ein sehr kostspieliges und kompliziertes System und bedingt die Abhängigkeit von einer Energiequelle. Demgegenüber kann die nur mit natürlichen Kräften wirkende Rückschlagventileinrichtung 5, die vollständig ohne Zufuhr von Hilfsenergie arbeitet und stattdessen nur von der Schwerkraft und von Kräften abhängt, die von Gasen in ihr entwickelt werden, einen entsprechenden, schützenden Rückschlag mit geeigneter Geschwindigkeit und mit einem dichten Abschluß zuverlässig

verwirklichen. Für diese Erfordernisse ist die Ventileinrichtung mit einem kleinen und leichten,beweglichen Verschlußelement 7 versehen, das aus einem elastomeren Material geformt ist und einen kegelstumpfförmigen Mittelabschnitt hat, der so ausgelegt ist, daß er innig in Linienkontakt auf einem schmalen, kreisförmigen Rand zwischen abgestuften Innenflächen des Ventilkörpers 5C sitzt. Der Mittelabschnitt 7A und das schmale Band 9, längs dem er an dem Sitzrand 8 etwa ein Drittel der strecke nach unten von seinem schmaleren Ende aus angreift, sind in Fig. 4 vergrößert dargestellt, wobei das im wesentlichen linienförmige Berührungsband 9 durch eine Reihe von kleinen Kreuzen gekennzeichnet ist. Der Neigungswinkel des Kegelstumpfabschnitts beträgt vorzugsweise etwa 45° bezogen auf die zentrale Längsachse 10 des Verschlußelements und der Ventilanordnung. Die relativ steile Neigung sorgt dafür, daß das Verschlußelement sich nicht am Sitz zufällig verkeilt und dann festsitzt.

Die gezeigte Rückschlagventileinrichtung 5 wird so positioniert, daß ihre Längsachse 10-10 im wesentlichen vertikal ist, wodurch das kleine Verschlußelement 7 mit dem äußerst geringen Gewicht, welches es hat, normalerweise unter dem Einfluß der Schwerkraft in einer unteren, nicht gezeigten Stellung an einer Ringinnenschulter 11 (Fig. 2 und 4) des inneren Ventilkörperteils 5D ruht, das ein Stück mit der Einlaßkupplung 5A bildet. Ein unterer zylindrischer Abschnitt 7B des Verschlußelements 7 ist so angeordnet, daß er an dieser Schulter anliegt und daß seine planare kreisförmige untere Seite 7C in senkrechter Beziehung zu der Richtung eines einströmenden Ausbruchs von Luft oder einem anderen Gas steht, was durch die Pfeile veranschaulicht ist (Fig. 3 und 4). Wenn die Systemstelle, an welcher der Druck gemessen wird, evakuiert wird oder der Druck auf andere Weise reduziert wird, stellt sich ein entsprechender Gasstrom durch das Rückschlagventil in Richtung des Pfeils 13 (Fig. 1) ein, wodurch das ruhende

Verschlußelement 7 freikommt, indem es nach unten um seine ersten durchgehenden ringförmigen Spielräume zwischen dem zylindrischen Abschnitt 7B und einer umschließenden Hülle 14 am oberen Ende des Körperteils 5D und dann durch eine Reihe von halbzylindrischen Aussparungen 15 geht, die von der Ringschulter 11 nach unten gebohrt sind. Wenn jedoch ein ausreichend plötzlicher und intensiver entgegengesetzter Gasstrom zum Manometer in Richtung des Pfeils 16 (Fig. 1) einsetzt, beispielsweise wenn eine evakuierte Meßstelle plötzlich Atmosphärendruck ausgesetzt wird, drückt der Luftstoß stark gegen das stumpfe Ende 7C des Verschlußelements 7, wie dies durch die Pfeile 12 in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wodurch eine starke Hubkraft entsteht, die das leichte Verschlußelement 7 sofort mit hoher Geschwindigkeit nach oben in einen festen abdichtenden Sitz mit dem Sitzrand 8 treibt. Dies erfolgt mit einer solchen Geschwindigkeit und Sicherheit, daß das Manometer der Hauptkraft des Drucksprungs nicht ausgesetzt wird, wobei die schützende Sperrung oder das schützende Rückschlagen rechtzeitig vor dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das Meßgerät dem Schaden verursachenden Druckstoß ausgesetzt würde.

Das geformte Verschlußelement 7 ist in einem Stück zusammen mit dem erwähnten kegelstumpfförmigen, in der Mitte liegenden Ventilabschnitt 7A, einem unteren zylindrischen Basisabschnitt 7B sowie einem oberen Führungsabschnitt 7D ausgebildet. Der Führungsabschnitt verjüngt sich etwas und wird nach oben schmaler und 1st so lang, daß er in der Bohrung 5E des Körperabschnitts 5C auch dann passend bleibt, wenn das Verschlußelement 7 sich in seiner untersten möglichen Stellung befindet. Diese Einpaß- und Führungsbeziehung gewährleistet, daß das Verschlußelement 7 nicht gekippt oder verklemmt werden kann, so daß es festgehalten ist und nicht sofort richtig sitzen kann, wenn es von einem ankommenden Gasdrucksprung zwangsweise nach oben gedrückt wird. Das kleine Verschlußelement 7 kann als

maximal untersten Durchmesser etwa 12,2 mm und als minimalen obersten Durchmesser 9,1 mm aufweisen, wobei seine Gesamtlänge bei etwa 8/3 mm liegt. Wenn das Verschlußelement 7 aus einem Fluorelastomer mit einer Durometerhärte von 70 geformt ist, wiegt es etwa 15 N. Es können auch andere Materialien oder Materialkombination eingesetzt werden, wesentlich ist jedoch, daß die Ventilfläche aus einem elastisch verformbaren Material, wie gewöhnlichem Kautschuk oder einem elastomeren Kunststoff besteht, der unter einem geringen Druck bereits einen dichten Sitz gewährleistet. Zusätzlich sorgt der elastische Biegungscharakter der Ventilfläche für eine Selbstreinigung und eine Wirkung gegen das Absetzen von Verunreinigungen, welche die Abdichtung beeinträchtigen könnten.

¹^ Der Verjüngungswinkel bzw. Kegelwinkel von etwa 45° reicht für eine gute, sich nicht verkeilende Dichtung in Linienkontakt zwischen dem kegelstumpfförmigen Mittelabschnitt 7A des Verschlußelements 7 und dem engen Randsitz 8 im oberen Körperabschnitt 5C aus. Bei wesentlich flacheren Winkeln kann sich das Verschlußelement 7 nicht mehr selbst sowie in seinem Sitz zentrieren, so daß die Dichtung abhängig von der Position variieren und weniger gleichmäßig sein kann. Der Sitzrand 8 ist im Durchmesser so gestaltet, daß er einen Eingriff und Sitz mit dem kegelstumpfförmigen Ventilabschnitt 7A des Ventilelements 7 auf etwa einem Drittel der Strecke von seinem schmaleren Ende zu seinem Ende mit größerem Durchmesser hin gewährleistet, was in Fig. 4 mit 9 bezeichnet ist, wobei eine Zentrierung und geringes Hängenbleiben unter diesen Bedingungen eintritt.

Wenn der Verjüngungswinkel beträchtlich steiler ist, kann das Verschlußelement 7 dazu neigen, sich in dem Sitz zu verformen und zu verkeilen, wodurch die Freigabe und das öffnen des Ventils gefährdet sind. Obwohl das Ventil infolge der Kraft des auf das größere Ende 7C des Verschlußelements 7 auftreffenden Gases schließt, fällt es nach unten und öffnet, wenn die von ihr unter dem Einfluß der Schwer-

kraft ausgeübte,nach unten gerichtete Massenkraft größer als der Betrag wird, mit dem die nach oben gerichtete Kraft des Gasdrucks von unten die Abwärtskraft des anfänglichen Gasdrucks am Manometer von oben überschreitet. Die wirksamen Flächen des Verschlußelements 7, die den Gasdrucken ausgesetzt sind, sind im wesentlichen gleich, so daß die Ventilöffnungen nur Druckdifferenzen, nicht jedoch Flächendifferenzen beeinflussen. Ein zu leichtes Verschlußelement neigt jedoch zu einem tragen öffnen.

Die Empfindlichkeit des Ventilbetriebs wird steuerbar von der Einstellung des axialen Abstandes beeinflußt, über den sich das Ventilverschlußelement 7 zwischen seiner untersten Offenstellung und seiner obersten Schließstellung bewegen muß. Für diesen Zweck sind das obere Ventilkörperteil 5C und das untere Ventilkörperteil 5D durch ihre miteinander zusammenwirkenden Innen- bzw. Außengewinde 5C bzw. 5D¹ verbunden. Sie können dadurch axial stärker gegeneinander gezogen oder voneinander getrennt werden, was durch geeignete Handhabung ihrer gerändelten Außenflächen 5C¹' bzw. 5D¹' erreichbar ist. Der zylindrische untere Abschnitt 7B des Verschlußelements 7 paßt etwas lose in eine damit zusammenwirkende zylindrische Ausnehmung 14' (Fig. 2) in der Hülse 14 am oberen Ende des Körperteils 5D. Wenn das Ventil seinen offenen Zustand einnimmt, in welchem sich das Ventilelement 7 in seiner untersten Stellung befindet, liegen die Ränder des ebenen Bodens 7C des Verschlußelements 7 an der ausgesparten Ringschulter 11 an. Abhängig davon, wie stark die beiden Körperteile zusammengezogen sind, hat deshalb das Verschlußelement einen wahlweisen kürzeren oder längeren Weg axial nach oben längs der Achse 10-10 zu durchlaufen, ehe es am Sitzrand 8 angreift und das Schließen des Ventils und eine Rückschlagsicherung für den Drucksprung bewirkt. Die Empfindlichkeitseinstellung entspricht der Art einer Mikrometereinstellung, nämlich daß, ehe das Ventil installiert wird, die Bedienungsperson die Körperteile in

der Richtung dreht, um sie um das Verschlußelement 7 im Inneren gegeneinander zu ziehen, bis ein Schütteln längs der Achse 10-10 kein Klappergeräusch mehr ergibt, das davon herrührt, daß sich das Verschlußelement 7 frei bewegen kann. Anschließend erfolgt eine Drehung in entgegengesetzter Richtung des einen Körperteils relativ zum anderen um einen vorgegebenen Winkel, wodurch die Teile voneinander um einen vorgegebenen axialen Betrag entfernt werden, wodurch das Verschlußelement 7 aus der eingeschlossenen "Nullstellung" bzw. unbeweglichen Stellung so freigegeben wird, daß es sich axial um diesen vorgegebenen axialen Betrag bewegen kann. Durch die Gewindefeinheit ist festgelegt, welche Winkelbewegung welche axiale Trennung der Körperteile herbeiführt und welche Empfindlichkeit das Ventil bei Druckänderungen hat. Bei einer Ausführungsform genügt eine Drittel Rückdrehung aus der Nullstellung, um die Erfordernisse des Rückschlagdrucks um etwa 130 Pa zu erhöhen.

Eine lecksichere Verbindung der relativ zueinander drehbaren Körperteile wird durch eine O-Ringdichtung 16 gewährleistet, die in eine Nut 17 am oberen Ende des Körperteils 5D paßt. Das untere Körperteil 5C hat eine Innenbohrung 18 mit einer Zylinderfläche, durch welche der O-Ring zur Unterbrechung einer Leckage zusammengedrückt wird. Die Verbindung des mit Gewinde versehenen oberen Endes des Körperteils 5C mit einem Manometereinlaß oder dergleichen wird durch eine Innengewindemutter 19 erleichtert, welche eine hohle Büchse 20 gegen einen abdichtenden O-Ring 21 drückt, der auf einer, geneigten Schulter 21 ruht, die sich radial nahe vom oberen Ende des Teils 5C aus erstreckt. Wenn der O-Ring 21 ausreichend zusammengedrückt ist, dehnt er sich radial nach innen und dichtet so gegen ein nicht gezeigtes Manometereinlaßrohr ab, das in ihn eingepaßt ist.

Die Ventilanordnung ist im wesentlichen vertikal, obwohl

auch eine Arbeitsweise aus der Vertikalen bis zu etwa 45°, jedoch bei verringertem Leistungsvermögen, möglich ist. Wenn die Schwerkraft allein für das automatische Öffnen nicht ausreicht, kann eine Vorspannung durch eine Feder, durch einen Magneten oder auf andere Weise eingesetzt werden, um das Verschlußelement 7 vom Sitz weg zu drücken. Bevorzugt wird ein einstückig geformtes Verschlußelement, wie es beschrieben wurde, dessen kegelstumpfförmiger Ventilabschnitt sehr genau und vollständig ohne Formlinien geformt werden kann, welche einen optimalen Sitz und eine optimale Abdichtung beeinträchtigen würden. Bei anderen Bauarten kann der kegelstumpfförmige Abschnitt des Ventilelements 7 stattdessen kugelförmig anstatt konisch in der Kontur gestaltet werden, obwohl ein Element in Form einer vollen Kugel unerwünschte Formlinien aufweisen würde und deshalb kein guter Ersatz wäre. Die gezeigte ebene Bodenfläche des Verschlußelements 7 kann konkav sein. Das gesamte Element kann von diesem Ende aus hohl ausgeführt werden, um ein geringes Gewicht bei großer Fläche zu erreichen, gegen die das zuströmende Gas auftreffen kann und die Rückschlagwirkung auslösen kann. Das einstückig geformte Verschlußelement soll keine Nahtlinien aufweisen, ausgenommen an den dafür beabsichtigten Ecken und Rändern. Bei einem Verschlußelement aus mehreren Teilen und/oder mit einem nicht elastischen Kernstück, das einen Mantel aus elastomerem Dichtungsmaterial längs des konischen Ventilabschnitts des Verschlußelements trägt, werden ebenfalls gute Ergebnisse erzielt.

.jig.

- Leerseite

Claims (9)

F α N E R ' - - *£' - β B -1 " N " G Κ - A U S TINCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNLV i> MARIAHILFPLATZ S & 3, MÖNCHEN ΘΟ POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95 MKS Instruments, Inc. DEAC-326 7 2.7 30. April 1985 Fi/ba Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtunq zum Schutz von Druckwandlern und dergleichen Patentansprüche

1. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung zum Schutz von Druckwandlern und dergleichen, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (5) mit einer Einlaßöffnung (5A) und einer Auslaß-Öffnung (5B), die mit einem inneren Kanal (5E) für den Fluiddurchstrom verbunden sind, der sich längs einer Achse (10-10) erstreckt und einen schmalen, kreisförmigen Rand aufweist, der einen Ventilsitz (8) senkrecht zur Achse (10-10) bildet, durch ein in dem Ventilkörper (5) aufgenommenes Ventilelement (7), das um seine Außenseite herum für kurze Hin- und Herbewegungen längs der Achse (10-10) zwischen einer ersten, die Strömung blockierenden Position, in welcher ein äußerer Ventilabschnitt (7A) mit dem Sitz (8) in Eingriff kommt und dort abdichtet, und einer zweiten Position geführt ist, in welcher das Ventilelement (7) axial vom Sitz (8) verschoben ist und Fluid um das Ventilelement (7) herum und durch den Sitz (8) und den Kanal (5E) strömen kann, wobei der äußere Ventilabschnitt (7A) des Ventilelements (7) elastisch verformbar ist und eine Außenseite in Form einer Drehfläche um die Achse (10-10) hat, der Durchmesser von einem Ende (7B) des Venvtilelements (7) zu einem kleineren Endabschnitt (7D) abnimmt, der einen kleineren Durchmesser als der Sitz (8) hat und durch ihn hindurch-

paßt, so daß der Sitz (8) mit dem äußeren Abschnitt (7A) eine Abdichtung im wesentlichen längs einer Linienberührung bildet, das größere Ende (7B) des Ventilelements (7) durch die Flächen (7C) abgeschlossen ist, die im wesentlichen normal zur Achse (10-10) angeordnet sind und in den Kanal (5E) so passen, daß relativ große Mengen von anströmendem Fluid, das daran zum Sitz (8) vorbeiströmen möchte, direkt auf das größere Ende (7B) aufprallen und dadurch das Ventilelement (7) längs der Achse (10-10) vorwärtstreiben, bis der äußere Abschnitt (7A) in einem,, im wesentlichen linenförmigen Kontakteingriff mit dem Sitz (8) kommt und abdichtet, und der kleinere Endabschnitt (7D) des Ventilelements (7) eine ausreichende axiale Länge und einen Durchmesser hat, daß er sich durch den Sitz (8) unabhängig von der axialen Position des Ventilelements (7) hindurch erstreckt und ein übermäßiges Kippen des Ventilelements (7) um seine Achse (10-10) und Festsitzen verhindert, und wobei das Ventilelement (7) in bezug auf die von dem auftreffenden, anströmenden Fluid am größeren Ende (7B) entwickelten Kräfte ein derart geringes Gewicht hat, daß es schnell in die Sitz- und Schließstellung vorwärtsgetrieben werden kann, wenn der Zustrom beginnt, so daß dadurch ein wirksamer Schutz gegen den Durchtritt beträchtlicher Fluidmengen gewährleistet wird.

2. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ventilabschnitt (7A) des Ventilelements (7) aus einem elastomeren Material besteht und eine Kegelstumpfform hat, und das der Ventilsitz (8) von abgestuften Innenflächen des Ventilkörpers (5C) gebildet wird, die im wesentlichen unter 90°-Winkeln an der Stelle des schmalen kreisförmigen Randes (8) vorstehen.

3. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (5) zwei Körperteile (5C, 5D) aufweist, die durch komplementäre äußere und innere Gewinde (5C¹, 5D¹) koaxial zur Achse (10-10) und zum Kanal (5E) zusammengepaßt sind, wobei eines der Körperteile (5C) den einen Teil des Kanals (5E) mit dem Ventilsitz (8) und das andere (5D) einen weiteren Teil des Kanals (5E) und eine Aussparung

TO (11) für die Aufnahme des größeren Endes (7B) des Ventilelements (5) aufweist, die mit Gewinde versehenen Körperteile (5C, 5D) um die Achse (10-10) relativ zueinander drehbar sind, um die axiale Trennung zwischen der ersten und zweiten Stellung und dadurch die Empfindlichkeit des Rückschlagventils auf Drucke einzustellen, die das Ventil schließen.

4. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (7) mit dem Körper (5) in keiner mechanischen Verbindung steht und ein freies einstückiges Teil bildet, das aus elastomerem Material hergestellt ist, ohne daß es Formungsiinien längs seines kegelstumpfförmigen Ventilabschnitts (7A) aufweist.

5. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der kegelstumpfförmige Ventilabschnitt (7A) von seinem größeren Endabschnitt (7B) zu seinem kleineren Endabschnitt (7D) mit einer Neigung von etwa 45" bezogen auf die Achse (10-10) verjüngt, wobei der schmale,kreisförmige Rand, der den Ventilsitz (8) bildet, einen Durchmesser hat, der mit dem Ventilabschnitt (7) auf etwa einem Drittel der axialen Entfernung von dem kleineren Endabschnitt (7D) zum größeren Endab-

abschnitt (7B) in Eingriff kommt, wenn das Ventilelement (7) seinen Sitz einnimmt.

6. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Endabschnitt (7D) des Ventilelements (7) sich nach unten mit einem relativ kleinen Winkel vom Ventilabschnitt (7A) zum freien Ende (7D) hin verjüngt, und daß der größere Endabschnitt (7B) des Ventilelements (7) im wesentlichen zylindrisch ist und eine ebene Stirnfläche (7C) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Achse (10-10) liegt und sich dort befindet, wo das anströmende Fluid auftrifft.

7. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische größere Endabschnitt (7B) des Ventilelements (7) relativ lose in der Ausnehmung (17) im anderen Körperteil (5D) aufgenommen ist, daß die Ausnehmung (17) am inneren Ende des anderen Körperteils (5D) ausgebildet ist und eine Ringschulter (11) an ihrem Boden und um den Fluidkanal (5E) herum aufweist, welche für ein Zusammenwirken mit den Rändern der flachen Stirnfläche (7C) des Ventilelements (7) vorgesehen ist, um die zweite Position mit maximaler axialer Verschiebung des Ventilelements (7) vom Sitz (8) zu bilden, wobei die Schulter (15) Freigabedurchgänge aufweist, um den Fluidnebenstrom um das Ventilelement (7) herum zu ermöglichen, wenn die ebenen Stirnflächen (7C) des Ventilelements (7) auf der Schulter (15) aufliegen.

8. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (10-10) im wesentlichen vertikal angeordnet ist, so daß das eine Ventilteil (5C) sich oberhalb des anderen Ventilteils (5E) befindet, wodurch die

Schwerkraft das Ventilelement (7) in die zweite Stellung zum Öffnen des Ventils drückt.

9. Hochgeschwindigkeitsrückschlagventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch g ekenn ze lehnet, daß das Ventilelement (7) aus einem fluorelastomeren Material besteht, eine Durometerharte von etwa 70 hat und daß die Achse (10-10) im wesentlichen vertikal angeordnet ist, so daß sich die zweite Stellung unter der ersten Stellung befindet, und daß das Ventilelement (7) in die zweite Stellung durch die Schwerkraft zum öffnen des Ventils gedrückt wird, wenn eine entgegenwirkende Hubkraft durch anströmendes Fluid und durch Drucke fehlt, die unter dem Ventilelement (7) größer als darüber sind.