DE4034627A1 - Gasdruckreduzierventil bei bruch einer membran - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasdruckreduzierventile zur Lieferung von entspannten Gasen für industrielle oder sonstige besondere Zwecke.

Bekannt ist ein Gasdruckreduzierventil bestehend aus einem Gehäuse aus einem für Gas undurchlässigen Material, das durch eine manometrische Membran unterteilt ist in eine erste Kammer und in eine zweite Kammer. Die erste Kammer ist ausgerüstet mit einer Ausgangsleitung für das Gas und einer Eingangsleitung, die eine Verschlußklappe aufweist. Die zweite Kammer ist mit einer Entlüftungsöffnung versehen, die ins Freie mündet. Eine Regulierungsfeder ist darin derart montiert, daß sie die Membran gegen die erste Kammer drückt, entgegen den entgegenwirkenden Druckkräften, die in dieser ersten Kammer herrschen. Die Einrichtung ist so ausgebildet, daß die Verschiebung der Membran, wenn die Differenz zwischen dem Druck in der ersten Kammer und dem in der zweiten geringer wird als eine erste vorgegebene Druckschwelle, die Schließung der Eingangsleitung durch die Ventilklappe bewirkt. Wenn eine Unterbrechung in der druckseitigen Leitung entsteht, sinkt der Druck in der ersten Kammer ab. Sobald die erste Druckschwelle überschritten ist, bewegt sich die Ventilklappe auf ihren Sitz und schließt die Eingangsleitung. Wenn die Membran reißt oder platzt, dringt das Gas, besonders wenn der Riß erheblich ist, in die zweite Kammer und sammelt sich dort an, weil die Durchflußmenge des Gases durch die Entlüfungsöffnung begrenzt ist. Der Druck sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kammer steigt hierbei an, bis der maximal mögliche Druck erreicht ist. Eine Minderung des Gasdrucks stellt sich nicht ein. Die Einrichtungen insbesondere auf der Druckseite müssen daher einen zu hohen Druck aufnehmen, der sie beschädigt.

Die Erfindung vermindert diese Nachteile durch ein Druckreduzierventil, das, wenn ein Bruch der Membran entsteht, die Lieferung von Gas durch das Ventil unterbricht. Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß plötzlich einsetzende Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes, die wirksam werden, wenn der Druck in der zweiten Kammer eine vorgegebene zweite Druckschwelle übersteigt, in der Entlüftungsöffnung vorgesehen sind. Durch die plötzliche Erhöhung des Druckabfalls wird der vorerwähnte Nachteil (Aufnahme eines zu hohen Drucks) beseitigt.

Sobald der Druck in der zweiten Kammer die zweite Druckschwelle übersteigt, werden die Gasdrücke in der ersten und zweiten Kammer sehr rasch gleich. Wegen der Kraft der Regulierungsfeder, die auf die Membran einwirkt, verschiebt sich diese zur ersten Kammer hin. Diese Verschiebung bewirkt die Schließung der Ventilklappe. Das Reduzierventil liefert kein Gas mehr.

Gemäß einer Variante der Erfindung weisen die erfindungsgemäßen, plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes, die in der Entlüftungsöffnung vorgesehen sind, Mittel zum Verschließen dieser Öffnung auf. Gemäß einer anderen Variante umfassen diese plötzlich wirksam werdenden Antriebsmittel lediglich Mittel zur Verminderung des Querschnitts der Austrittsöffnung, z. B. auf 1/5 ihres Anfangswertes, und vorzugsweise auf 1/10 desselben, derart, daß, wenn das Druckreduzierventil kein Gas mehr liefert, das in den Kammern und in der stromabwärtsliegenden, d. h. in der Gasableitung angesammelte Gas nach und nach in die Atmosphäre entweichen kann.

Die plötzlich wirksam werdenden Antriebsmittel weisen vorzugsweise ein bewegliches Teil auf, das unter der Wirkung der Kräfte in Folge des in der zweiten Kammer herrschenden Drucks, wenn die zweite Druckschwelle überschritten wird, verschoben wird und bestimmt ist mit einem unbeweglichen Teil zusammenzuwirken. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen das bewegliche und das unbewegliche Teil Magneten auf, die sich gegenseitig anziehen, wenn die Verschiebung sie einander ausreichend angenähert hat. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das bewegliche Teil ein Element in Form einer zwischen zwei stabilen Stellungen rasch hin und her bewegbaren, dünnen, blättchenförmigen Scheibe, so daß in der einen Stellung die Öffnung geöffnet und in der anderen geschlossen ist oder wenigstens bis etwa auf 9/10 geschlossen ist. Es ist vorteilhaft, die Magneten so anzuordnen, daß sie außerhalb jeglichen Kontaktes mit dem Gas sind, um nachteilige elektrostatische Effekte zu vermeiden.

Es ist vorteilhaft, eine Spannfeder derart vorzusehen, daß sie der Wirkung der Mittel zur raschen Änderung, insbesondere Erhöhung des Gasverlustes durch die Öffnung entgegenwirkt, solange der Druck in der zweiten Kammer unterhalb der zweiten Druckschwelle bleibt.

Selbst wenn man das Druckreduzierventil umdreht, kann sich das bewegliche Teil nicht unter der Wirkung der Schwerkraft dem festen Teil soweit nähern, um eine vorzeitige Auslösung der plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zu verursachen, weil die Feder das bewegliche Teil in einem Abstand von dem festen Teil hält. Nur wenn es erheblich größere Druckkräfte gegen die von der Spannfeder auf das bewegliche Teil ausgeübte Kraft mitnehmen, nähert es sich in ausreichendem Maße dem festen Teil und bewirkt die Auslösung.

Um die Wirkung von Stößen auf das Druckreduzierventil auszuschließen, ist eine Dämpfungseinrichtung, insbesondere ein Flüssigkeits- oder Gasdämpfer, derart vorgesehen, daß er der Kraft der plötzlich wirksam werdenden Antriebsmittel vorübergehend Widerstand leistet. Eine Luftkompression in der Dämpfungseinrichtung verzögert die Verschiebung des beweglichen Teils gegen das feste Teil, und so bleibt, da die Kräfte infolge eines Stoßes oder einer Vibration nur zeitweise auftreten, das bewegliche Teil von dem festen Teil entfernt. Hierzu trägt auch die Spannfeder zur Rückstellung des beweglichen Teiles bei. Vorzugsweise wird durch die Dämpfungseinrichtung ein schmaler Zwischenraum gebildet, der einen variablen Querschnitt aufweist, der sich in dem Maße vergrößert, wie die Position erreicht wird, wo die plötzlich wirksam werdenden Antriebsmittel in Tätigkeit treten.

Das erfindungsgemäße Gasdruckreduzierventil weist im allgemeinen einen Rückstellmechanismus auf, der dazu dient, die Ventilklappe von ihrem Ventilsitz zu entfernen, nachdem sie sich auf diesem niedergelassen hat, weil der Druck in der ersten Kammer kleiner geworden ist als die erste Druckschwelle oder weil ein Überdruck in dieser Kammer entstanden ist. Vorteilhafterweise sind die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes derart angeordnet, daß sie den Rückstellmechanismus blockieren, wenn sie wirksam geworden sind. Es ist so nicht mehr möglich, das Druckreduzierventil zurückzustellen bzw. wieder einzuschalten, wenn die Membran gerissen ist.

Ebenso kann man den Rückstellmechanismus derart ausbilden, daß er die besagten Antriebsmittel hindert, in Tätigkeit zu treten, solange der Mechanismus in der Rückstellposition ist. Wenn man den Durchfluß durch das Ventil wieder herstellt, entfernt sich die Ventilklappe von ihrem Sitz und bewirkt dadurch eine Verschiebung der Membran gegen die zweite Kammer unter Zusammenpressung der Regulierungsfeder, die sich dort befindet und vor allem unter Erhöhung des dort herrschenden Druckes, was eine unerwünschte Auslösung der plötzlich wirksam werdenden Antriebsmittel verursachen kann infolge einer nur vorübergehenden Erscheinung. Der Rückstellmechanismus verhindert dies.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckreduzierventil,

Fig. 2 und 3 Schnittdarstellungen eines Teils der Entlüftungsöffnung des Ventils und zwar in Fig. 2 vor der Auslösung und in Fig. 3 nach der Auslösung der plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Änderung, insbesondere Erhöhung des Gasverlustes durch die Entlüftungsöffnung,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Variante der Entlüftungsöffnung,

Fig. 5 eine weitere Variante,

Fig. 6 eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rückstellmechanismus mit den plötzlich einsetzenden Antriebsmitteln und

Fig. 7 eine weitere Variante.

Das Gasdruckreduzierventil gemäß Fig. 1 umfaßt ein dichtes Gehäuse (1), das durch eine Membran (2) in eine erste Kammer (3) und in eine zweite Kammer (4) unterteilt ist. Die erste Kammer weist eine Eintrittsleitung (5) mit einer auf einen Ventilsitz (7) aufsetzbaren Ventilklammer (6) und einer Austrittsleitung (8) auf. Eine Regulierungsfeder (9), die in der zweiten Kammer (4) untergebracht ist, drückt die Membran (2) gegen die erste Kammer (3). Ein Hebelmechanismus (10) verbindet die Membran (2) mit der Ventilklappe (6), derart, daß die Verschiebung der Membran (2) gegen die Kammer (3) die Ventilklappe (6) dem Ventilsitz (7) annähert.

Wenn der Unterschied zwischen dem Druck in der ersten Kammer (3) und dem in der zweiten Kammer (4) kleiner wird als eine vorgegebene Schwelle, schließt das Ventil (6) die Leitung (5) .

Eine Entlüftungsöffnung (11) verbindet die zweite Kammer (4) mit der Außenatmosphäre. Ein Rückstellmechanismus (12) ermöglicht es durch eine Nocke (13), die einen Drehzapfen (14) zurückstellt, durch die Wirkung dieses Steuermechanismus (10) die Ventilklappe (6) von ihrem Sitz (7) zu entfernen. Eine Stange (15), die Teil der später noch beschriebenen plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Änderung, insbesondere Erhöhung des Druckverlustes durch die Austrittsöffnung bildet, dient als Anschlag für eine Rampe des Rückstellmechanismus (12), indem sie diesen daran hindert, in die Rückstellposition zu gelangen, wenn die Stange (15) ausgefahren ist.

Die Entlüftungsöffnung ist dargestellt in den Fig. 2 und 3. Sie wird gebildet durch ein Verbindungsstück (17), das aus dem Gehäuse (1) herausragt und auf das ein mit Schraubgewinde versehenes Rohr (18) aufgeschraubt ist, das eine Schulter (19) aufweist. Auf der ringförmigen äußeren freien Fläche des Verbindungsstückes (15) ist eine Kappe (20) aufgesetzt, die mit mehreren Löchern (21) und einer Öffnung (22) versehen ist. Auf der Grundfläche der Kappe (20), die von dem Verbindungsstück (17) abgewandt ist, ist ein ringförmiger Magnet (23) befestigt. Die gleiche Fläche ist in Kontakt mit einer Spannfeder (24), deren anderes Ende sich auf der Innenfläche der Schulter (19) abstützt.

Das Rohr (18) weist einen vorspringenden Teil (25) auf, der in Richtung zu dem Magnet (23) hin gewandt ist und an seiner Oberfläche einen ringförmigen Magneten (26) aufweist. Die Entfernung zwischen dem Magnet (23) und dem Magnet (26) ist derart, daß, wie in Fig. 2, sie sich nicht anziehen. Die Stange (15) geht von der Kappe (20) aus nach oben und verläuft durch das Rohr (18) und mündet nach außen ins Freie.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist ein Bruch C der Membran entstanden. Der Druck in der Kammer (4) hat eine zweite Druckschwelle überschritten. Unter der Wirkung des Gasdruckes hat sich die Kappe (20) relativ zu dem festen Rohr (18) verschoben. Wenn die Entfernung zwischen dem Magenten (23) und (24) ausreichend klein geworden ist, ziehen sich diese plötzlich gegenseitig an. Die Löcher (21) münden nicht mehr ins Freie über das Rohr (18). Die Drücke in den zwei Kammern (3) und (4) werden einander gleich.

In diesem Augenblick senkt sich die Membran unter der Wirkung (9) nach unten. Der Steuermechanismus (10) führt die Ventilklappe (6) auf ihren Sitz (7). Das Reduzierventil hört auf, weiteres Gas zu liefern.

Gemäß Fig. 4 ist das Rohr (18) durch ein Rohrwinkelstück (27) verlängert. Die zwei Magnete (23) und (26) sind in einer Verlängerung (28) untergebracht, jenseits des Rohres (27), das den Verlauf des Gasaustritts ins Freie bildet. Der Magnet (23) ist durch eine Stange (29) mit der Kappe (20) verbunden. Luft ist in dem Raum (30) zwischen den Magneten (23) und (26) eingeschlossen. Diese Luft kann entweichen durch den schmalen Zwischenraum (31) zwischen dem Magnet (23) und der Innenfläche des Verlängerungstückes (28). Der schmale Zwischenraum (31) hat einen variablen Querschnitt, der sich in dem Maße vergrößert, wie die Kappe (20) sich in Richtung zu dem vorspringenden Teil (25) verschiebt. Wenn das Ventil umgekehrt wird, wird die Kappe (20) durch die Feder (24) daran gehindert, sich dem vorspringenden Teil (25) zu nähern trotz der Schwerkraft. Nur wenn der Druck in der zweiten Kammer (4) größer als die Kraft der Feder (24) ist, findet eine Auslösung statt.

Im Falle eines Stoßes oder einer Vibration, durch die die Kappe (20) plötzlich gegen den vorspringenden Teil (25) stoßen könnte, leistet die Kammer (20) die Teil eines Luftdämpfers bildet, vorübergehend dieser Bewegung Widerstand, solange die Luft nicht durch den Zwischenraum (31) entwichen ist. Die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel, die insbesondere durch die zwei Magnete (23) und (26) gebildet werden, werden daher durch einen kleineren Stoß nicht ausgelöst. Wenn aber der Druck in der zweiten Kammer (4) auf die Kappe (20) eine andauernde Kraft ausübt, tritt die in der Kammer (30) enthaltene Luft durch den Zwischenraum (31) aus und die Magneten (23) und (26) können sich einander nähern, dies umso mehr, als der Querschnitt des schmalen Zwischenraums zunimmt.

Gemäß Fig. 5 sind die Magneten ersetzt durch eine zwischen zwei stabilen Stellungen rasch hin und her bewegbare, dünne, blättchenförmige Scheibe (32). Diese kann eine Ruhestellung einnehmen, die durch voll ausgezogene Linien dargestellt ist und eine Auslösestellung, die durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Die Scheibe besitzt Löcher (33) für den Gasdurchtritt.

In Fig. 6 ist schematisch eine Variante des erfindungsgemäßen Druckreduzierventils gegenüber derjenigen der Fig. 1 dargestellt. In diesem Fall hindert die Rampe (16) die Stange (15) am Austritt aus der Öffnung (11), wenn der Rückstellmechanismus (12) in seiner Rückstellposition sich befindet, d. h. wenn die Ventilklappe (6) von ihrem Sitz (7) entfernt worden ist zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Durchflusses durch das Druckreduzierventil. Die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes sind so blockiert, wenn vorübergehend der Druck in der zweiten Kammer (4) zu groß wird.

Fig. 7 zeigt eine besonders einfach herzustellende Ausführungsform. Zwei Scheiben (35, 36) sind kippbar in Ausnehmungen des Rohres (18) angeordnet und auf einem Drehzapfen (37) gelenkig gelagert und miteinander zur Verschiebung der Kappe (20) verbunden. Eine Zugfeder (34) ist mit ihren beiden Enden an den Scheiben (35, 36) eingehängt. Die Stellung der Scheiben (35, 36) in strichpunktierten Linien entspricht der Auslösestellung.

Claims (13)

1. Gasdruckreduzierventil bestehend aus einem Gehäuse (1), das durch eine Membran (2) unterteilt ist in eine erste Kammer (3), die mit einer Austrittsleitung (8) und mit einer Eingangsleitung (5), die eine Ventilklappe (6) aufweist, versehen ist und in eine zweite Kammer (4), die eine Entlüftungsöffnung (11) aufweist und in der eine Regulierungsfeder (9) derart angeordnet ist, daß sie die Membran gegen die erste Kammer (3) drückt, entgegen den dort herrschenden Druckkräften, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, daß die Verschiebung der Membran (2), wenn der Unterschied zwischen dem Druck in der ersten Kammer (3) und dem in der zweiten Kammer (4) kleiner wird als eine erste vorgegebene Schwelle, die Schließung der Eingangsleitung (5) durch die Ventilklappe (6) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß plötzlich einsetzende Antriebsmittel (23, 26), die eine Erhöhung des Druckverlustes bewirken, wenn der Druck in der zweiten Kammer (4) eine vorgegebene zweite Schwelle überschreitet, in der Entlüftungsöffnung (11) vorgesehen sind.

2. Gasdruckreduzierventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes Mittel zur Schließung der Entlüftungsöffnung (11) aufweisen.

3. Gasdruckreduzierventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes Mittel zur Verminderung des Querschnitts der Entlüftungsöffnung aufweisen.

4. Gasdruckreduzierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes ein bewegliches Teil (20) in der Entlüftungsöffnung aufweisen, das unter der Wirkung der Kräfte infolge des in der zweiten Kammer (4) herrschenden Druckes verschoben wird, wenn die zweite Schwelle überschritten wird und das vorgesehen ist mit einem festen Teil zusammenzuwirken.

5. Gasdruckreduzierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (20) und das feste Teil (18) Magnete (23, 26) tragen, die sich anziehen.

6. Gasdruckreduzierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil ein Element eines Ausklinkmechanismus (32) ist.

7. Gasdruckreduzierventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element des Ausklinkmechanismus gebildet ist durch zwei Scheiben (35, 36), an denen jeweils die Enden einer Feder (34) befestigt sind.

8. Gasdruckreduzierventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (23, 26) derart angeordnet sind, daß sie sich nicht in Kontakt mit dem Gas befinden.

9. Gasdruckreduzierventil nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes derart ausgebildet sind, daß sie den Querschnitt der Entlüftungsöffnung mindestens auf 1/5 ihres anfänglichen Wertes vermindern.

10. Gasdruckreduzierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Feder (24), die derart angeordnet ist, daß sie der Wirkung der plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes entgegenwirkt, solange der Druck in der zweiten Kammer (4) unterhalb der zweiten Schwelle ist.

11. Gasdruckreduzierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dämpfungseinrichtung (30), die zeitweilig der Wirkung der plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zur Erhöhung des Druckverlustes entgegenwirkt.

12. Gasdruckreduzierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Rückstellmechanismus (12) zum Entfernen der Ventilklappe von ihrem Sitz (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel zum Erhöhen des Druckverlustes Mittel (15) aufweisen, durch die nach Auslösung der Antriebsmittel der Rückstellmechanismus (12) blockierbar ist.

13. Gasdruckreduzierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Rückstellmechanismus (12) zum Entfernen des Ventils (6) und seinem Sitz (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellmechanismus in der Rückstellposition Mittel zum Verhindern der Auslösung der plötzlich einsetzenden Antriebsmittel zum Erhöhen des Druckverlustes aufweist.