DE4031659C2 - Ventilanordnung mit Restdruckventil zum Füllen und Entleeren eines Gasbehälters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit Restdruckventil zum Füllen und Entleeren eines Gas­ behälters, insbesondere eines solchen für hochreine Gase.

Es ist bekannt, Gasbehälter für hochreine Gase, welche zum Beispiel bei der Herstellung von optischen Fasern oder bei der Herstellung von Halbleitern, insbesondere zum Dotieren letzterer, verwendet werden, mit einem sogenannten Restdruckventil auszurüsten, welches die Aufgabe hat, beim Entleeren des Behälters automatisch zu schließen, wenn der Behälterdruck einen vorbestimmten Minimalwert, den Restdruck, erreicht hat, welcher über dem Umgebungsdruck liegt. Auf diese Weise ist das Eindringen von Verunreinigungen aus der Umgebungs­ atmosphäre in den Behälter unmöglich.

Zum Wiederauftanken des Gasbehälters muß das genannte Restdruckventil natürlich geöffnet werden, was entweder manuell oder auch automatisch durch den Druck des Frischgases realisiert werden kann.

Bekannte manuelle Betätigungen des Restdruckventils haben den Nachteil, daß sie nach Beendigung des Füll­ vorganges versehentlich auf gelassen werden können, so daß sich der Behälter bei einer anschließenden Gas­ entnahme bis zum Umgebungsdruck mit den sich daraus ergebenden, oben genannten Risiken des Eindringens von Verunreinigungen aus der Umgebungsatmosphäre, entleeren kann. Vorteilhaft sind deshalb automatisch arbeitende Restdruckventile.

Eine Ventilanordnung mit Restdruckventil, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist aus der US-PS 26 45 241 bekannt. Bei dieser Ventilanordnung ist ein Absperrschieber fluchtend mit dem vom Gasbehälter kommenden Zuströmkanal der Ventilanordnung angeordnet. Im geöffneten Zustand wird der Absperrschieber von dem Gas passiert, das danach umgeleitet wird und dann ein federgespanntes Restdruckventil öffnet, das quer zu dem Zuströmkanal in einem seitlich von dem Ventilgehäuse abstehenden Ansatz angeordnet ist. Auf der dem Ansatz entgegengesetzten Seite des Ventilgehäuses befindet sich ein seitlicher Anschlußstutzen, in den wechselseitig zwei verschiedene Anschlußgarnituren eingeschraubt werden können. Eine zum Füllen des Gasbehälters dienende Anschlußgarnitur weist einen Rohransatz auf, der gegen einen im Ventilgehäuse angeordneten Stoßel drückt. Eine zur Gasentnahme dienende Anschlußgarnitur weist einen solchen Rohransatz nicht auf. Beide Anschlußgarnituren dichten am Ventilgehäuse an der gleichen Stelle ab.

Aus der US-PS 39 30 517 ist eine Ventilvorrichtung bekannt, die ein Restdruckventil und zusätzlich ein manuell zu betätigendes Ventil sowie ein Sicherheitsventil aufweist. Alle drei Ventile sind entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet und von dem manuell zu betätigenden Ventil erstreckt sich eine Sicherheitsstange zu dem Sicherheitsventil. Bei einem Bruch der Sicherheitsstange schließt das Sicherheitsventil automatisch und verhindert dadurch das Ausströmen von Gas aus dem Behälter.

Die bekannten Ventilanordnungen mit Restdruckventil haben einen komplexen Aufbau und einen großen Platzbedarf. Eine weitere unangenehme und schädliche Erscheinung beim Auftanken ist ein Flattern des Restdruckventils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung mit Restdruckventil zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und geringem Platzbedarf ein störungsfreies Auftanken ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung dient der Schraubkörper, mit dem der Restdruck einstellbar ist, zugleich als Absperrschraubkörper, mit dem das Restdruckventil zwangsweise schließbar ist. Dadurch entfällt ein separater Absperrschieber und die Ventilvorrichtung wird einfacher und platzsparender. Der Druckausgleich-Bypass-Kanal bewirkt, daß bei Benutzung der zweiten Anschlußgarnitur, also bei der Gasentnahme aus dem Behälter, hinter dem Restdruckventil der Entnahmedruck wirksam ist, während beim Auftanken des Behälters, wenn das Restdruckventil von seinem Sitz abgehoben wird, dort der normale Luftdruck herrscht. Auf diese Weise wird ein Flattern des Restdruckventils beim Auftanken verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen, in welchen gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen sind, dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Ventilanordnung mit einer ersten Anschlußgarnitur zum Füllen, beziehungs­ weise zur Vakuumentleerung des Gasbehälters;

Fig. 2 die Ventilanordnung nach Fig. 1, jedoch mit einer zweiten Anschlußgarnitur für den normalen Gasentnahmebetrieb und in geschlossener Stellung des Restdruckventils.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Ventilanordnung 4, im wesentlichen bestehend aus einem Ventilkörper 6, einem Restdruckventil 8, einem Absperrschraubkörper 10, sowie, im Falle dieser Fig. 1, eine Anschlußgarnitur 12 zum Auftanken, beziehungsweise zur Vakuumentleerung eines nicht gezeigten Gasbehälters, wie beispielsweise einer Gasflasche.

Vom nicht gezeigten Gasbehälter führt eine Gasleitung in Form einer Bohrung 14 im Ventilkörper 6 in das Innere des Ventilkörpers. Die Eintrittsöffnung 16 zum Innern des Ventilkörpers 6 kann mit Hilfe des Restdruckventils 8 verschlossen oder geöffnet werden.

Hierzu ist das erfindungsgemäße Restdruckventil 8 im wesentlichen als Kolben ausgebildet, welcher axial in einer Bohrung 18 des Ventilkörpers 6 verschieblich ist; eine gasdichte Abdichtung zwischen Ventil 8 und Bohrung 18 geschieht hier mittels eines O-Ringes 20.

Zwischen dem Absperrschraubkörper 10 und dem Ventil 8 ist eine Druckfeder 22 vorgesehen, welche so bemessen ist, daß bei Öffnungsstellung des Absperrschraub­ körpers 10 das Restdruckventil 8 gegen die Eintritts­ öffnung 16 gedrückt wird, wenn der Restdruck im nicht gezeigten Gasbehälter einen vorgegebenen Minimalwert erreicht. Bei diesem, dem Hauptzweck des Restdruckventils entsprechendem Vorgang wird eine Dichtung 24 am Ventilunterteil gegen den Sitz 26 an der Gas­ eintrittsöffnung 16 gedrückt.

Erfindungsgemäß wird das kolbenförmige Restdruck­ ventil 8 ebenfalls zum Beenden einer normalen Gasentnahme aus dem nicht gezeigten Gasbehälter benutzt und zwar dadurch, daß der Absperrschraubkörper 10 axial nach unten verlagert wird, beispielsweise mit Hilfe eines Innenvierkantes 28, bis er den Kolben des Restdruckventils 8 mechanisch beaufschlagt und anschließend dasselbe gegen den Druck des aus der Öffnung 16 austretenden Gases dicht gegen den Sitz 26 an der Gaseintrittsöffnung 16 drückt.

Die Anschlußgarnitur 12 dient sowohl zum Auftanken des Gasbehälters dient als auch zu dessen Vakuumentleerung. Wesentliche Elemente dieser Anschlußgarnitur 12 sind eine Abdichtung 34, zum Beispiel mittels O-Ring, an einer ersten Stelle innerhalb des Ventilkörpers 6, um diesen gegen die Anschlußgarnitur 12 abzudichten, sowie ein axial mit einer Feder 42 beaufschlagter Stift 42 oder Bolzen 36 mit einer kegelförmigen Spitze 36a. Dieser Bolzen ist im Innern der Anschlußgarnitur mittels vier Stegen 38 geführt und gehalten, wobei die Zwischenräume zwischen diesen Stegen Gasdurchtrittsöffnungen bilden.

Bei einer Vakuumentleerung spielt sich folgender Vorgang ab:

Der Absperrschraubkörper 10 ist geöffnet, das Rest­ druckventil 8 unter der Wirkung der Feder 22 geschlossen (nicht gezeigt). Wird nun die Anschlußgarnitur 12 auf den Ventilkörper 6 aufgeschraubt, dann kommt die Spitze 36a des Bolzens 36 in Berührung mit einer entsprechend kegelförmigen Verjüngung 8a des unteren Randes des Restdruckventils 8. Bei weiterem Einschrauben der Garnitur 12 wird unter der Wirkung der stärkeren Feder 42 das Restdruckventil 8 gegen die schwächere Feder 22 vom Sitz 26 aufgehoben und die Öffnung der Bohrung 14 freigegeben. Wird jetzt am Gasanschluß 40 der Anschlußgarnitur 12 ein Vakuum angelegt, zum Beispiel mit Hilfe einer Vakuumpumpe, so kann der Behälter bis zu einem beliebigen Vakuum entleert werden.

Dies ist besonders wichtig beim Füllvorgang, welcher mittels der gleichen Anschlußgarnitur 12 durchgeführt wird. Auch hierbei kommt es durch Druckbeaufschlagung der Öffnung 40 zu der gegenseitigen Stellung von Bolzen 36 und Restdruckventil 8 nach Fig. 1. Der Bolzen 36 erfüllt nun die eigentliche ihm zugedachte Aufgabe, nämlich das Verhindern eines Flatterns des Restdruckventils 8 beim Füllvorgang, was mit lästigen Geräuschen und vor allem mit einem vorzeitigen Verschleiß desselben verbunden ist.

Nachdem das Auftanken des Behälters abgeschlossen ist, wird das Ventil durch Drehung am Absperrschraub­ körper wieder geschlossen. Während diesem Schließvorgang wird der Bolzen 36 durch die senkrechte Bewegung des Restdruckventils 8 nach rechts aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung verschoben. Wenn das Ventil geschlossen ist, kann die Anschlußgarnitur 12 aus dem Ventilkörper 6 herausgeschraubt werden.

Für den normalen Gasentnahmebetrieb wird die Anschlußgarnitur 12 nach Fig. 1 ersetzt durch die Anschlußgarnitur 50 nach Fig. 2. Bei dieser (zweiten) Anschlußgarnitur 50 befindet sich die Abdichtung zwischen letzterer und dem Ventilkörper 6 an einer Stelle 52, welche sich stromabwärts von der Stelle 34 bei der Garnitur 12 befindet. Durch diese Verlagerung der Abdichtstelle wird durch einen Bypaß-Kanal 54 der Raum zwischen dem Absperrschraubkörper 10 und dem Restdruckventil 8 mit dem gasführenden Innern des Ventilkörpers 6 verbunden. Zweck dieser Maßnahme ist, Gasdruckschwankungen zwischen dem Körper 10 und dem Restdruckventilkolben 8 zu verhindern. Durch solche Druckschwankungen zwischen Körper 10 und Restdruckventil 8, wie sie beim gegenseitigen axialen Verschieben dieser Teile auftreten würden, würde die Wirkung der Restdruckfeder 22 in unkontrollierbarer Weise verfälscht.

Claims (4)

1. Ventilanordnung mit Restdruckventil zum Füllen und Entleeren eines Gasbehälters durch einen seitlichen Anschlußstutzen, mit einem Ventilkörper (6), der das kolbenförmige Restdruckventil (8) und eine von dem Gasbehälter zum Restdruckventil (8) führende Eintrittsöffnung (16) enthält, mit einer den Restdruck bestimmenden Druckfeder (22), welche axial zwischen einem Schraubkörper (10) und dem Restdruckventil (8) angeordnet ist, wobei bei Erreichen des Restdrucks das Restdruckventil (8) durch die Druckfeder (22) gegen einen Sitz (26) an der Eintrittsöffnung (16) gedrückt und dadurch geschlossen wird, und mit zwei wechselseitig in den Anschlußstutzen einschraubbaren Anschlußgarnituren (12, 50), von denen die eine (12) zur Füllung des Gasbehälters und die andere (50) zur Gasentnahme dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Restdruckventil (8) zusätzlich durch Bewegen des Schraubkörpers (10) schließbar ist, daß ein Druckausgleich-Bypass-Kanal (54) den Raum an der der Eintrittsöffnung (16) abgewandten Rückseite des Restdruckventils (8) mit dem Anschlußstutzen verbindet, und daß die eine (12) der beiden Anschlußgarnituren den Bypass-Kanal (54) im Anschlußstutzen gegen den Raum an der Vorderseite des Restdruckventils (8) abdichtet (34) und die andere Anschlußgarnitur (50) den Bypass-Kanal (54) im Anschlußstutzen gegen die Umgebung abdichtet (52).

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Anschlußgarnitur (12) einen federbeaufschlagten Bolzen (36) aufweist, welcher mit einer kegelförmigen Spitze (36a) seitlich an einer schrägen Unterkante des Restdruckventils (8) angreift, um dadurch das Restdruckventil zwangsweise zu öffnen und geöffnet zu halten.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ds Restdruckventil (8) axial zu einer im Ventilkörper (6) angeordneten und von der Eintrittsöffnung (16) zu dem Gasbehälter führenden Bohrung (14) ausgerichtet ist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubkörper (10) im Innern einer Gewindebohrung des Ventilkörpers (6) angeordnet ist und ein Innenvierkant (28) zu seiner Verstellung aufweist.