DE3784779T2

DE3784779T2 - Durch druck betaetigtes ventil.

Info

Publication number: DE3784779T2
Application number: DE8787303667T
Authority: DE
Inventors: Peter Joseph Jackson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2007-04-28
Also published as: US4821767A; DE3784779D1; AU7210487A; EP0249322B1; AU593903B2; EP0249322A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Druckregler, insbesondere auf Bedarfsventile für Atemgeräte, bei denen Gas gemäß den Atmungsbedingungen des Trägers automatisch einem Gesichtsteil oder einer Maske Zugeführt wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Bedarfsventile des positiven Drucktyps, die im Gesichtsteil oder Helm einen etwas größeren Druck als den der umgebenden Atmosphäre kontinuierlich aufrechterhalten.
In derartigen Bedarfsventilen wird die Gasströmung zum Träger durch die Bewegung einer empfindlichen Blende gesteuert, die mit einer Fläche dem Atmosphärendruck und mit der anderen Fläche dem Druck im Gesichtsteil ausgesetzt ist. Ein derartiges Ventil ist in der GE 2.116.852 offenbart, wobei ein die Gaszufuhr steuerndes Hauptventil in Reaktion auf einen Druckabfall in einer Vorsteuerkammer betrieben wird, der Druckgas über eine erste Öffnung zu- und über eine zweite, größere Öffnung abgeführt wird. Ein der zweiten Öffnung, der Auslaßöffnung, benachbarter Hebel wird von einer Blende zur Auslaßöffnung hin und von dieser weg bewegt, um eine Drosselwirkung auszuüben, ohne in Abdichtungskontakt mit der zweiten Öffnung zu kommen.
In der Praxis können sehr kleine Druckänderungen über der Blende in der Gröpenordnung von 1 Millibar oder weniger zum Regeln der Gasströmung bei einem Zufuhrdruck von typisch 7 Bar oder mehr in das Ventil notwendig sein, und um den notwendigen mechanischen Vortrieb zu erzielen, verwenden bekannte Ventile allgemein diverse Hebel- und Federanordnungen. Alternativ werden manchmal Vorsteuer- oder Zweistufen-Ventile eingesetzt, bei denen der mechanische Vortrieb durch Gasdruck erreicht wird. Jedoch setzen derartige Ventile allgemein noch schwenkbare Hebel als Mittel zum Übertragen der Blendenbewegung auf das Ventil ein, oft weil die Richtung der Blendenbewegung ungeeignet ist und umgedreht werden muß.
Bei bekannten Bedarfsventilen wird der positive Druck gewöhnlich durch Vorspannen der Blende mit einer Feder erreicht.
Eine derartige Vorrichtung ist in der GB-A-2075848 beschrieben, wobei eine Blende mittels einer Feder kontinuierlich in Abdichtungskontakt mit einem Ventilsitz gebracht wird, so daß das Ventil normalerweise geschlossen bleibt, und die Blende um eine Kante des Ventilanschlusses geneigt wird, wenn eine Druckdifferenz angelegt wird, so daß der Anschluß geöffnet wird.
Die Zuverlässigkeit von Atemgeräten ist von äußerster Wichtigkeit, und daher ist es wünschenswert, daß deren Aufbau sehr einfach gestaltet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein zweistufiger Druckregler ein Vorsteuerventil und ein Hauptventil, wobei das Hauptventil einen Einlaßstutzen für Hochdruckgas und ein bewegliches Ventilelement zum Bewegen zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung aufweist, um jeweils Durchgang vom Einlaßstutzen zu einem Auslaßstutzen des Druckreglers zu erlauben oder zu unterbinden, wobei das Ventilelement durch den Fluiddruck in einer Vorsteuerkammer des Druckreglers in seine geschlossene Stellung gezwungen wird und Druckfluid der Vorsteuerkammer von der Hochdruckgaszuführung über eine die Strömung begrenzende Öffnung zugeführt wird, und wobei die Vorsteuerkammer eine Entlüftungsöffnung aufweist, wobei der Druckregler dadurch gekennzeichnet ist, daß die Entlüftungsöffnung in einer auf einer Seite durch eine Wand verbundenen Steuerkammer mündet, wobei die Wand mit einem starren zentralen Teil versehen ist, der mit der Entlüftungsöffnung an einem vom Flächenschwerpunkt des starren zentralen Teils der Wand entfernten Punkt in Eingriff kommen kann, um die Entlüftungsöffnung abzudichten, wobei die Steuerkammer über einen Durchgang in Fluidverbindung mit dem Auslaß des Druckreglers steht, und wobei die von der Steuerkammer entfernte Oberfläche der Wand einem Referenzdruck ausgesetzt ist und ein Drehpunkt an einem Punkt zwischen der Entlüftungsöffnung und dem Flächenschwerpunkt der Wand angreift, der eine Schwenkachse für die Wand definiert, wobei die Anordnung derart ist, daß der auf die Wand ausgeübte Gasdruck dafür sorgt, daß der zentrale Teil der Wand in einer Stellung zum Schließen der Entlüftungsöffnung gehalten wird, während ein vorbestimmter Überdruck in der Steuerkammer besteht, wodurch sichergestellt wird, daß das Ventilelement durch Fluiddruck in der Vorsteuerkammer in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird, und daß die Entlüftungsöffnung durch eine Schwenkbewegung der Wand geöffnet wird, wenn der Überdruck in der Steuerkammer reduziert wird, so daß der Druck in der Vorsteuerkammer entlastet wird und das Ventilelement sich zu seiner geöffneten Stellung hin bewegt.
Die Wand kann eine Blende mit einem starren zentralen Teil und einem flexiblen Umfangsbereich aufweisen, der dichtend befestigt ist, um die erste und die zweite Kammer zu isolieren, oder kann einen Kolben mit einem starren zentralen Teil und einem Dichtelement am Umfang aufweisen, das gegen die Innenfläche des Gehäuses abdichten kann, wenn der Kolben geneigt wird.
Das den Drehpunkt definierende Mittel weist einen oder mehr Vorsprünge auf, die mit dem zentralen Teil der Blende entfernt vom Einlaßstutzen in Kontakt kommt. Zwei Vorsprünge können vorgesehen sein, einer auf jeder Seite einer den Einlaßstutzen mit dem Flächenschwerpunkt des zentralen Teils der Blende verbindenden Linie. Vorzugsweise ist die Blende kreisförmig, und der starre, zentrale Teil wird durch eine starre, kreisförmige Stützplatte gebildet, die konzentrisch zur Blende auf deren vom Einlaßstutzen entfernten Seite befestigt ist.
Eine beispielhafte Ausführungsform wird im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Druckregler in einer Draufsicht, wobei ein Ventil mit geneigter Blende als Vorsteuerventil arbeitet;
Fig. 2 den Druckregler nach Fig. 1 im geschlossenen Zustand in einer seitlichen Schnittansicht; und
Fig. 3 den Druckregler nach Fig. 1 und 2 im geöffneten Zustand in einer seitlichen Schnittansicht.
In Fig. 1 und 2 ist ein Bedarfsventil in stark reduzierten Proportionen dargestellt, wobei eine Blendenanordnung die Gasströmung von einer kleinen Vorsteuerdüse regelt, der wiederum die Gasströmung von einer größeren Düse zu einem Gesichtsteil regelt.
Das Bedarfsventil umfaßt ein Gehäuse 31, das eine Vorsteuerdüse 32 und einen Auslaßstutzen 33 zur Verbindung mit dem Gesichtsteil beinhaltet. Eine Blende 34 aus flexiblem und elastischem Material, die über den gröperen Teil ihrer Fläche durch eine starre Stützplatte 35 abgestützt wird, ist in leckage dichter Weise an das Gehäuse 31 angeklemmt, um durch einen mit dem Gehäuse mittels Schrauben oder einer geeigneten Clips-Anordnung gefestigten Deckel 36 mit diesem eine Steuerkammer zu bilden. Der Deckel wird durch einen oder mehr Stutzen 37 zur Atmosphäre entlüftet und trägt zwei innere Vorsprünge 38, die als zwei Drehpunkte wirken, um die 31 ende 34 geneigt werden kann. Ein Stutzen 39 verbindet die Steuerkammer unter der Blende 34 mit einem Gesichtsteil, wodurch Druck im Gesichtsteil auf die Steuerkammer und die Blende 34 übertragen wird, und die kleine Gasströmung von der Vorsteuerdüse 32 kann frei zum Gesichtsteil austreten, wenn die Vorsteuerdüse 32 geöffnet ist.
Die jeweiligen Anordnungen des Einlaßstutzens 32 und der Drehpunkte 38 bezüglich der Mitte der Blende sind in Fig. 1 deutlich gezeigt und man kann sehen, daß der größere Teil der Blendenfläche auf einer Seite der Drehpunktachse z-z liegt, während der Einlaßstutzen 32 auf der anderen Seite liegt.
Die Blendenanordnung kann mit einer einfachen Ealkenwaage verglichen werden, wobei die Blendenplatte 35 den Balken darstellt, der entsprechend den einerseits durch Druck am Einlapstutzen 32 und andererseits durch Druck innerhalb der Steuerkammer aufgebrachten Momenten um die Drehpunkte 38 schwenkt. Wenn der Druck in der Steuerkammer ein größeres Moment als das des Einlaßstutzendrucks ausübt, schließt die Blende den Einlaßstutzen. Somit kann man sehen, daß ohne Druck im Gehäuse das Ventil nicht schließen kann.
Für ein besseres Verständnis folgt eine Beschreibung der Art, wie das Vorsteuerventil in der Praxis arbeitet.
Wenn Gas mit einem im wesentlichen konstanten Zufuhrdruck dem Einlaßstutzen 32 zugeführt wird, drückt die resultierende, lokal auf die Blende 34 aufgebrachte Kraft die Blende vom Stutzen 32 weg, indem sie auf den Drehpunkten 38 im Deckel 36 geneigt wird, und Gas kann aus dem Stutzen 32 frei in die Steuerkammer austreten. Der Auslaßstutzen 29 erlaubt, daß eintretendes Gas von der Steuerkammer frei zu einem Gesichtsteil strömen kann. Ein federbelastetes Ausatmungsventil im Gesichtsteil (nicht gezeigt) verhindert den freien Austritt von Gas in die Atmosphäre, wodurch der Druck im Gesichtsteil und folglich in der Steuerkammer ansteigt. Die resultierende, auf den größeren Teil der Blendenfläche wirkende Kraft bringt die 31 ende dazu, sich gegen den Uhrzeigersinn zu verdrehen, wie in Fig. 3 zu sehen, bis in eine Position, wo das elastische aterial der Blende 34 gegen den Einlaßstutzen 32 anliegt und der Gasdurchgang verhindert ist.
Für jeden gegebenen Zufuhrdruck können die Proportionen des Einlaßstutzens und der Blende und die relativen Positionen der Drehpunktachse und des Einlaßstutzens 32 relativ zur Blendenmitte so vorgesehen werden, daß das Schliefen des Ventils bei praktisch jeder gewünschten Druckdifferenz zwischen der Steuerkammer und dem Bezugsdruck an der Entlüftung 37 erreicht werden kann. Dieser Schliepdruck ist immer größer als der Umgebungsdruck, und dieser Überschuß kann beispielsweise in der Größenordnung von 2 Millibar sein, während das Ausatmungsventil am Gesichtsteil in geeigneter Weise so ausgebildet sein kann, daß es bei einem Überdruck von 4 Millibar öffnet, so daß der Überatmosphärendruck im Gesichtsteil automatisch an einem Niveau zwischen diesen beiden Werten gehalten wird. Beim Einatmen fällt der Druck im Gesichtsteil etwas ab, wodurch das Bedarfsventil geöffnet wird und Gas zum Wiederherstellen des Schließdrucks eingelassen wird. Beim Ausatmen steigt der Druck im Gesichtsteil an, wodurch das Ausatmungsventil geöffnet wird und die ausgeatmete Luft in die Atmosphäre abgelassen wird.
Falls die durch den Gasdruck auf die Blende ausgeübte Kraft an der kleinen Vorsteuerdüse 32 zum geeigneten Vorspannen der Blende nicht geeignet ist, können eine oder mehr zur Vorsteuerdüse konzentrische oder zu dieser benachbarte Federn 40 zum Erzeugen des benötigten Schliepdrucks des Ventils benutzt werden.
Die Bewegung der Blende 34 zur Vorsteuerdüse 32 hin oder von ihr weg, in Reaktion auf Druckänderungen innerhalb des Gesichtsteils, regelt den Austritt von Gas aus einer Vorsteuerkammer 41, wodurch der Druck in dieser Kammer erhöht bzw. erniedrigt wird. Dieser Steuerdruck entsteht aus einer kleinen Gasströmung durch eine Dosieröffnung 42 in einer elastischen Scheibe 43 in das Vorsteuerventil 41. Die jeweiligen Proportionen der Dosieröffnung 42 und der Vorsteuerdüse 32 sind so vorgesehen, daß, wenn die Blende 34 die Vorsteuerdüse fast berührt, genügend Druck in der Vorsteuerkammer 41 vorhanden ist, um die elastische Scheibe 43 gegen die Fläche der Hauptdüse 44 zu drükken, die eine Vielzahl von Stutzen 45 in dieser Fläche absperrt, so daß der Austritt von Gas aus der Hauptdüse 44 zum Auslaß 33 verhindert wird.
Die Bewegung der Blende von der Vorsteuerdüse 32 weg sorgt für ein Abfallen des Drucks in der Vorsteuerkammer 41, so daß die elastische Scheibe unter dem Einfluß des Gaszufuhrdrucks sich von der Fläche der Hauptdüse 44 wegbiegt, woraufhin Gas durch die somit nicht abgedeckten Stutzen 45 austreten und über den Auslaßstutzen 33 zum Gesichtsteil gelangen kann, wie in Fig. 3 gezeigt.
Diese Ausführungsform wird durch ziemlich große Änderungen im Zufuhrdruck praktisch nicht beeinflußt, und der Schließdruck kann gegebenenfalls durch Ändern der Vorspannfeder 40 leicht geändert werden.
Bei bestimmten Anwendungsfällen kann der Deckel 36 nicht zur Atmosphäre entlüftet werden, sondern zu einem anderen Bezugsdruck, und die Drehpunkte 38 können gegebenenfalls durch eine einzelne Kante ersetzt werden, ohne daß die Betriebsweise dadurch beeinflußt wird. Manuelle Ersatzmittel, wie beispielsweise eine Öffnung im Deckel 36 zum manuellen Schwenken der Blende aus ihrer geschlossenem Stellung, können ebenfalls vorgesehen werden.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber anderen bekannten Bedarfsventilen beruhen auf dem äußerst einfachen und zuverlässigen Aufbau, der praktisch keinerlei Wartung und Einstellung erfordert. Er ist reibungslos und spiel frei, und die Reaktion kann wegen der nur zwei beweglichen Teile aufgrund der geringen Masse sehr schnell sein. Weiterhin erlaubt bei Benutzung des Ventils ein kontinuierlicher Kontakt zwischen der Blende und den Drehpunkten und der Neigungsbewegung der Blende einen laufruhigen Betrieb ohne Tendenz zu Vibrationen im Vergleich zu bekannten Ventilen, bei denen die Blende mit einer kolbenartigen Bewegung arbeitet. Das Ventil kann weiterhin durch Gegengewichte an der Blendenplatte 35 gegen die Wirkungen externer Vibrationen oder Beschleunigungen geschützt werden, so daß ein Massengleichgewicht auf jeder Seite der Drehpunktsachse erzielt wird.
Da das elastische Material der Blende selbst als Ventilsitz verwendet wird, kann die Blende leicht verdreht werden, um dem Einlaßstutzen eine neue Fläche anzubieten, falls Verschleiß auftritt. Die Abwesenheit jeglicher Belastung zwischen der Blendenplatte 35 und dem Stutzen 32, wenn das Ventil nicht in Gebrauch ist, verhindert jegliche dauerhaften Verformungen des elastischen Materials.
Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Ansteigen des Zufuhrdrucks beispielsweise durch eine Fehlfunktion des Druckreglers das Ventil zum öffnen tendiert, wodurch das Überschußgas in das Gesichtsteil und somit in die Atmosphäre entlüftet wird, womit es als Überdruckventil arbeitet.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die Blende 34 durch einen Kolben mit einer starren zentralen Scheibe und einem Dichtelement am Umfang ersetzt werden. Die Scheibe schwenkt im Betrieb um eine durch Vorsprünge 38 definierte Schwenkachse, um den Einlaßstutzen 32 zu schließen, wenn der Druck in der Steuerkammer das erforderliche Niveau über dem in der durch den Stutzen 37 entlüfteten Kammer erreicht. Der Betrieb des Reglers ist in allen anderen Punkten wie oben beschrieben.
Während das Ventil insbesondere als Bedarfsventil für Atemgas beschrieben wurde, sollte es selbstverständlich sein, dar das Ventil auch bei anderen Fluiden und anderen Anwendungen als einem Bedarfsventil eingesetzt werden kann.

Claims

1. Zweistufiger Druckregler mit einem Vorsteuerventil und einem Hauptventil, wobei das Hauptventil einen Einlaßstutzen (44) für Rochdruckgas und ein bewegliches Ventilelement (43) zum Bewegen zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung aufweist, um jeweils Durchgang vom Einlaßstutzen (44) zu einem Auslaßstutzen (45, 33) des Druckreglers zu erlauben oder zu unterbinden, wobei das Ventilelement (43) durch den Fluiddruck in einer Vorsteuerkammer (41) des Druckreglers in seine geschlossene Stellung gezwungen wird und Druckfluid der Vorsteuerkammer von der Hochdruckgaszuführung über eine die Strömung begrenzende Öffnung (42) zugeführt wird, und wobei die Vorsteuerkammer eine Entlüftungsöffnung (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnung (32) in einer auf einer Seite durch eine Wand (34) verbundenen Steuerkammer mündet, wobei die Wand mit einem starren zentralen Teil (35) versehen ist, der mit der Entlüftungsöffnung (32) an einem vom Flächenschwerpunkt des starren zentralen Teils (35) der Wand (34) entfernten Punkt in Eingriff kommen kann, um die Entlüftungsöffnung (32) abzudichten, wobei die Steuerkammer über einen Durchgang (39) in Fluidverbindung mit dem Auslap des Druckreglers steht, und wobei die von der Steuerkammer entfernte Oberfläche der Wand (34) einem Referenzdruck ausgesetzt ist und ein Drehpunkt (38) an einem Punkt zwischen der Entlüftungsöffnung (32) und dem Flächenschwerpunkt der Wand (34) angreift, der eine Schwenkachse für die Wand definiert, wobei die Anordnung derart ist, daß der auf die Wand (34) ausgeübte Gasdruck dafür sorgt daß der zentrale Teil (35) der Wand in einer Stellung zum Schliepen der Entlüftungsöffnung (32) gehalten wird, während ein vorbestimmter Überdruck in der Steuerkammer besteht, wodurch sichergestellt wird, dar das Ventilelement (43) durch Fluiddruck in der Vorsteuerkammer in seiner geschlossenem Stellung gehalten wird, und daß die Entlüftungsöffnung (32) durch eine Schwenkbewegung der Wand (34) geöffnet wird, wenn der Überdruck in der Steuerkammer reduziert wird, so daß der Druck in der Vorsteuerkammer (41) entlastet wird und das Ventilelement (43) sich zu seiner geöffneten Stellung hin bewegt.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (43) ein elastisches Element ist, das in seiner geschlossenem Stellung entlastet und in seiner geöffneten Stellung elastisch verformt ist.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vorsteuerkammer (41) mit dem Hochdruckzuführungsstützen (44) verbindende Öffnung (42) einen durch das Ventilelement (43) verlaufenden Durchgang mit kleinem Durchmesser aufweist.

4. Druckregler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand eine Blende (34) mit einem starren zentralen Teil (35) und einem flexiblen Umfangsbereich aufweist.

5. Druckregler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand einen geneigten Kolben mit einem starren zentralen Teil und einem Dichtelement am Umfang aufweist.

6. Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche

dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpunktmittel (38) einen einzelnen länglichen Vorsprung aufweist, der mit dem zentralen Teil (35) der Wand entlang der Schwenkachse in Eingriff kommt.

7. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpunktmittel (38) ein oder mehr im wesentlichen asymmetrische Vorsprünge (38) aufweist, die sich vom Gehäuse (36) zum zentralen Teil (35) der Wand (34) hin erstrecken, wobei die Schwenkachse für die Wand (34) sich entlang einer die freien Enden der Vorsprünge (38) verbindenden Linie erstreckt.

8. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (34, 35) ihren Schwerpunkt auf der Schwenkachse hat.

9. Druckregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehr Gewichte am zentralen Teil (35) der Wand (34) befestigt sind, um den Schwerpunkt der Wand (34) und des Gewichts oder der Gewichte so einzustellen, daß er auf der Schwenkachse liegt.

10. Atemvorrichtung, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Druckreglers nach einem der vorhergehenden Ansprüche.