DE4408357A1 - Sicherheitsventil zum Sichern von Behältern gegen Über- oder Unterdruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil zum Sichern von Behältern gegen Über- oder Unterdruck.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sicherheitsventil zum Sichern von Behältern, die zum Transport gefährlicher Güter verwendet werden. Solche Sicherheitsventile sind für Behälter, die zum Transport gefährlicher Güter dienen, vorgeschrieben. Eine solche Sicherheitsvorrichtung soll öffnen, wenn der eingestellte Ansprechdruck, der für den Behälter noch zulässig ist, um 10% überschritten wird. Es soll dann ein Massestrom abgeblasen werden, der einem Durchfluß-Koeffizienten von mehr als 0,08 entspricht. Entsprechend soll das Sicherheitsventil öffnen, wenn ein bestimmter Unterdruck gegenüber der Atmosphäre in dem Behälter auftritt. Diese Bedingungen werden von bekannten Konstruktionen nicht erfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil zum Sichern von Behältern gegen Über- oder Unterdruck so auszubilden, daß es mit geringeren Toleranzen auf das Überschreiten oder Unterschreiten eines eingestellten Ansprechdrucks anspricht als bekannte Konstruktionen und dann einen möglichst hohen Volumenstrom abbläst oder einläßt.

Dabei soll das Sicherheitsventil kompakt aufgebaut sein. Es soll eine kürzere Entladezeit durch Absaugen ermöglicht werden, ohne daß der Behälter durch zu starken Unterdruck gefährdet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Sicherheitsventil gelöst, das gekennzeichnet ist durch

• (a) einen ersten Ventilsitz, der in einem Ventilgehäuse vorgesehen und zur Behälterseite des Sicherheitsventils hin gerichtet ist,
• (b) einen ersten Ventilschließkörper, der behälterseitig von dem ersten Ventilsitz angeordnet ist und mit diesem Ventilsitz zusammenwirkt und der von einer ersten Feder in Richtung auf den Ventilsitz hin belastet ist,
• (c) einen zweiten Ventilsitz, der von dem ersten Ventilschließkörper um einen Ventildurchgang dieses Ventilschließkörpers herum gebildet und zur Atmosphärenseite des Ventils hin gerichtet ist, und
• (d) einen zweiten Ventilschließkörper, der atmosphärenseitig von dem zweiten Ventilsitz angeordnet ist und mit diesem Ventilsitz zusammenwirkt und der von einer zweiten, an dem ersten Ventilsitzkörper abgestützte Feder in Richtung auf den zweiten Ventilsitz belastet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sind die mit Druck bzw. mit Unterdruck beaufschlagten Flächen der Ventilschließkörper gleichachsig angeordnet. Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauweise. Die Fläche des auf Unterdruck ansprechenden Ventilschließkörpers ist, im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen, größer als die Fläche des auf Überdruck ansprechenden Ventilschließkörpers. Wegen des höheren Querschnitts auf Unterdruck ansprechenden ersten Ventilschließkörpers wird beim Öffnen des Ventils ein größerer Volumenstrom erzielt. Die Fläche des auf Überdruck ansprechenden zweiten Ventilschließkörpers ist kleiner. Dafür wird eine weichere zweite Feder verwendet. Damit ergibt sich eine flache Kraftkennlinie beim Öffnen. Bei einer Druckerhöhung muß das Sicherheitsventil relativ weit öffnen, bis die erhöhte Federkraft dem erhöhten Druck die Waage hält. Damit kann trotz des kleineren Querschnitts des zweiten Ventilschließkörpers, dem sich sowohl auf die Öffnungskraft bei Überdruck als auch auf den beim Öffnen freigegebenen Strömungsquerschnitt auswirkt, der erforderliche Volumenstrom austreten.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Sicherheitsventil zum Sichern von Behältern gegen Über- oder Unterdruck.

Das Sicherheitsventil weist ein Ventilgehäuse 10 von zylindrischer Grundform auf. Das Ventilgehäuse 10 ist mittels eines Flansches 12 an einem zu sichernden Behälter anbringbar. Das Ventilgehäuse 10 weist atmosphärenseitig, d. h. oben in der Figur, einen erweiterten Abschnitt 14 auf. In dem erweiterten Abschnitt 14 sitzt ein Flammenfilter 16. Behälterseitig von dem Flammenfilter 16 im Abstand von diesem ist ein mit Innengewinde versehener Abschnitt 20 geringeren Durchmessers gebildet. In das Innengewinde 18 des Abschnitts 20 ist ein ringförmiger, mit Außengewinde versehener Ventilsitzkörper 22 eingeschraubt.

Der Ventilsitzkörper 22 weist einen das Außengewinde tragenden breiteren Ringteil 24 und einen von dem breiteren Ringteil 24 an dessen innerem Rand axial in Richtung auf den Behälter vorspringenden schmaleren Ringteil 26 auf. Zwischen dem breiteren Ringteil 24 und dem schmaleren Ringteil 26 ist eine Schulter 28 gebildet. An die Schulter 28 schließt sich eine zylindrische Mantelfläche 30 des Ringteils 26 an. Die Innenfläche 32 des breiteren und des schmaleren Ringteils 24 und 26 ist trichterförmig. Auf der behälterseitigen, in der Figur unteren Stirnfläche des schmaleren Ringteils 26 ist ein erster Ventilsitz 34 angeformt. Der erste Ventilsitz 34 weist eine zylindrische Innenfläche 36, eine ebene, radiale Stirnfläche 38 und eine konische, sich zu dem Behälter hin verjüngende Außenfläche 40 auf.

An den mit Innengewinde 18 versehenen Abschnitt 20 schließt sich auf der Innenfläche des Ventilgehäuses 10 ein Bund 42 an. An den Bund 42 schließt sich schließlich ein längerer, zylindrischer Abschnitt 44 von vergrößertem Durchmesser an.

Auf der zylindrischen Mantelfläche 30 des Ringteils 26 sitzt ein Zylinder 46. Der Zylinder 46 ist an dem Ventilsitzkörper 22 gehalten und erstreckt sich koaxial innerhalb des Ventilgehäuses 10 und über dessen behälterseitiges Ende hinaus. Zwischen dem Zylinder 46 und dem zylindrischen Abschnitt 44 des Ventilgehäuses 10 ist ein Ringraum 48 gebildet. Der Zylinder 46 weist an seinem behälterseitigen, in der Figur unteren Ende ein Innengewinde 50 auf. An seinem an den Ventilsitzkörper 22 anschließenden Ende besitzt der Zylinder 46 seitliche Durchbrüche 51.

In dem Zylinder 46 ist ein erster Ventilschließkörper 52 geführt. Der Ventilschließkörper 52 weist einen scheibenförmigen Teil 54 auf. Auf der atmosphärenseitigen, in der Figur oberen Oberfläche des Teils 54 ist eine ringscheibenförmige Dichtung 56 vorgesehen. Die Dichtung 56 wirkt mit dem ersten Ventilsitz 34 zusammen und bildet ein auf Unterdruck im Behälter ansprechendes Ventil. Am Rand des Teils 54 des ersten Ventilschließkörpers 52 ist ein um den ersten Ventilsitz 34 herumgreifender, axial vorstehender Rand 58 gebildet. Der Rand 58 weist auf der Innenseite eine konische Oberfläche 60 auf. Die konische Oberfläche 60 bildet mit der Achse des Sicherheitsventils im Schnitt einen Winkel von 45°.

Der Teil 54 des ersten Ventilschließkörpers 52 weist einen zentralen Durchbruch auf, der einen Ventildurchgang 62 bildet. Der Ventildurchgang 62 ist von einem an dem Teil 54 angeformten, zur Atmosphäre hin, also nach oben in der Figur gerichteten Ventilsitz 64 umgeben. Der Ventilsitz 64 weist eine mit dem Ventildurchgang 62 fluchtende Innenfläche 66, eine ringförmige, ebene Stirnfläche 68 und eine konisch sich verjüngende Außenfläche 70 auf. Mit dem zweiten Ventilsitz 64 wirkt ein zweiter, Federtellerförmiger Ventilschließkörper 72 zusammen. Der zweite Ventilschließkörper 72 ist atmosphärenseitig von dem Ventilsitz 64 und dem ersten Ventilschließkörper 52 angeordnet. Der Ventilschließkörper 72 weist eine Dichtung 74 auf, die im Schließzustand auf der Stirnfläche 68 des Ventilsitzes 64 aufsitzt. Um die Dichtung 74 herum ist an den zweiten Ventilschließkörper ein axial vorstehender Rand 76 vorgesehen. Der Rand 76 weist auf der Innenseite eine konisch sich erweiternde Oberfläche 78 auf. Die Oberfläche 78 bildet im Schnitt mit der Achse des Sicherheitsventils einen Winkel von etwa 45°.

Auf der Unterseite des Teils 54 ist eine Ringnut 80 gebildet. Eine Schraubenfeder 82 liegt in der Ringnut 80 an dem Teil 54 des ersten Ventilschließkörpers 52 an. Die Schraubenfeder 82 liegt an einem mit Außengewinde versehenen Gewindering 84 an. Der Gewindering 84 ist in das Innengewinde 50 des Zylinders 46 eingeschraubt und durch einen Konterring 86 gesichert. Die Schraubenfeder 82 drückt den ersten Ventilschließkörper 52 mit einer Vorspannung gegen den ersten Ventilsitz 34. Die Vorspannung kann mittels des Gewinderinges 84 eingestellt werden.

An dem Ventilschließkörper 72 sitzt eine Ventilspindel 88. Die Ventilspindel 88 weist an seinem behälterseitigen Ende ein Gewinde 90 auf. Ein Federteller 92 sitzt auf der Ventilspindel 88 und stützt sich auf einer Mutter 92 und einer Kontermutter 94 ab, die auf das Gewinde 90 aufgeschraubt sind. Eine Schraubenfeder 96 stützt sich an dem ersten Ventilschließkörper 52 ab und drückt auf den Federteller 92. Dadurch wird der zweite Ventilschließkörper 52 gegen den zweiten Ventilsitz 64 gedrückt. Die Vorspannung der Schraubenfeder 96 kann mittels der Muttern 93 und 94 eingestellt werden.

Im einzelnen weist der erste Ventilschließkörper 52 behälterseitig einen Widerlagerkörper 98 auf. Der Widerlagerkörper 98 bildet ein Federwiderlager 100 für die zweite Feder 96. Der Widerlagerkörper 98 bildet einen zudem zweiten Ventilschließkörper 52 hin offenen Ringraum 102. Der Ringraum 102 ist über radiale Durchbrüche 104 mit dem Inneren des Zylinders 46 und damit mit dem Behälter verbunden. Der Widerlagerkörper bildet weiterhin eine zentrale Führung 106 für die Ventilspindel 88.

Das beschriebene Sicherheitsventil arbeitet wie folgt:

Die Vorspannung der Feder 82 wirkt an dem ersten Ventilschließkörper 52 einem im Behälter herrschenden Unterdruck entgegen. Wenn ein Unterdruck auftritt, der den eingestellten Ansprechdruck unterschreitet, dann überwindet die auf der Fläche des Ventilschließkörpers 52 wirkende Druckdifferenz die Vorspannung der ersten Feder 82. Der Ventilschließkörper 52 hebt von dem Ventilsitz 34 ab. Dadurch wird eine Einlaßöffnung freigegeben, über welche Luft aus der Atmosphäre in den Behälter einströmen und den Unterdruck ausgleichen kann. Die Luft strömt dabei durch den Ringspalt zwischen Ventilsitz 34 und Ventilschließkörper 52 und um den axial vorstehenden Rand 58 herum und durch die Durchbrüche 51 und den Ringraum 48. Durch den Rand 58 wird die von oben in der Figur zuströmende Luft um etwa 135° umgelenkt. Das hat zur Folge, daß die Druckdifferenz an dem Ventilschließkörper 52 nach dem Öffnen des Ventils nicht sofort ausgeglichen wird und das Ventil weiter öffnet. Durch den großen Umfang des Ringspaltes und die relativ weite Öffnung wird ein hoher Volumenstrom erhalten. Dieser hohe Volumenstrom ermöglicht bei Ansprechen des Sicherheitsventils einen schnellen Druckausgleich.

Bei einem Überdruck im Behälter wirkt eine Kraft auf den zweiten Ventilschließkörper 72. Diese Kraft wirkt der Vorspannung der Schraubenfeder 96 entgegen. Bei Überschreiten des eingestellten Ansprechdruckes, der mittels der Muttern 92 und 94 eingestellt werden kann, hebt der Ventilschließkörper 72 von dem Ventilsitz 64 ab. Es wird Druck aus dem Behälter abgeblasen. Das Druckmittel fließt dabei durch das Innere des Zylinders 46, die Durchbrüche 104, den Ringraum 102 und den Ventildurchgang 62. Schließlich fließt das Druckmittel um den Ventilsitz 64 herum und um den axial vorstehenden Rand 76 des Ventilschließkörpers 72. Auch hierbei erfolgt eine Umlenkung der Strömung um etwa 135°, die einen Druck an dem Ventilschließkörper 72 auch nach dem Öffnen des Ventils aufrechterhält und sicherstellt, daß sich das Ventil hinreichend weit öffnet. Der große Hub bei relativ kleiner Fläche des Ventilschließkörpers 72 wird durch Verwendung einer weichen Schraubenfeder 96 ermöglicht.

Mit einer solchen Konstruktion ergibt sich ein Öffnen des Unterdruckventils bei einem Unterdruck von 20%, d. h. einer Druckdifferenz von 200 mbar an dem Ventilschließkörper 52. Das Sicherheitsventil gestattet dadurch eine höhere Absauggeschwindigkeit und damit eine kürzere Entladezeit, ohne daß die Gefahr eines für den Behälter gefährlichen Unterdrucks besteht. Das Überdruckventil öffnet bei einem Überdruck von 10%. Dabei wird ein Durchfluß-Koeffizient von mehr als 0,3 gewährleistet.

Die gegenüber bekannten Konstruktionen engen Grenzen, in denen das Sicherheitsventil anspricht, gewährleisten die zuverlässige Funktion und erhöhen damit die Sicherheit des Behälters.

Claims (9)

1. Sicherheitsventil zum Sichern von Behältern gegen Über- oder Unterdruck, gekennzeichnet durch

• (a) einen ersten Ventilsitz (34), der in einem Ventilgehäuse (10) vorgesehen und zur Behälterseite des Sicherheitsventils hin gerichtet ist,
• (b) einen ersten Ventilschließkörper (52), der behälterseitig von dem ersten Ventilsitz (34) angeordnet ist und mit diesem Ventilsitz (34) zusammenwirkt und der von einer ersten Feder (82) in Richtung auf den Ventilsitz (34) hin belastet ist,
• (c) einen zweiten Ventilsitz (64), der von dem ersten Ventilschließkörper (52) um einen Ventildurchgang (62) dieses Ventilschließkörpers (52) herum gebildet und zur Atmosphärenseite des Sicherheitsventils hin gerichtet ist, und
• (d) einen zweiten Ventilschließkörper (72), der atmosphärenseitig von dem zweiten Ventilsitz (64) angeordnet ist und mit diesem Ventilsitz (64) zusammenwirkt und der von einer zweiten, an dem ersten Ventilsitzkörper (52) abgestützte Feder (96) in Richtung auf den zweiten Ventilsitz (64) belastet ist.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) in dem Ventilgehäuse (10) ein zur Behälterseite hin offener, an seinem atmosphärenseitigen Ende im Ventilgehäuse (10) gehaltener Zylinder (46) angeordnet ist,
• (b) der erste Ventilschließkörper (52) in dem Zylinder (46) geführt ist und
• (c) an dem atmosphärenseitigen Ende des Zylinders (46) seitliche Durchbrüche (51) vorgesehen sind.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) der Zylinder (46) an seinem behälterseitigen Ende ein Innengewinde (50) aufweist und
• (b) in das Innengewinde (50) ein Federwiderlager in Form eines mit einem Außengewinde versehenen Gewinderinges (84) eingeschraubt ist, an welchem sich die erste Feder (82) abstützt.

4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) an dem zweiten Ventilschließkörper (72) eine Ventilspindel (88) sitzt, die sich durch den Ventildurchgang (62) des ersten Ventilschließkörpers (52) hindurch erstreckt und
• (b) die zweite Feder (96) sich an dem ersten Ventilschließkörper (52) abstützt und an einem Federteller (92) anliegt, der auf dem behälterseitigen Ende der Ventilspindel (88) sitzt.

5. Sicherheitsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Ventilschließkörper (52) ein Widerlagerkörper (98) sitzt, der ein Federwiderlager (100) für die zweite Feder (96) bildet, einen zu dem zweiten Ventilschließkörper (52) hin offenen Ringraum (102) bildet, der über radiale Durchbrüche (104) mit dem Behälter verbunden ist und eine zentrale Führung (106) für die Ventilspindel (88) bildet.

6. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilschließkörper (52) einen um den ersten Ventilsitz (34) außen herumgreifenden, axial vorstehenden Rand (58) aufweist.

7. Sicherheitsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Rand (58) auf seiner Innenseite eine konisch sich erweiternde Oberfläche (60) aufweist.

8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilschließkörper (72) einen um den zweiten Ventilsitz (64) außen herumgreifenden, axial zu dem ersten Ventilschließkörper (52) hin vorstehenden Rand (76) aufweist.

9. Sicherheitsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Rand (76) auf seiner Innenseite eine konisch sich erweiternde Oberfläche (78) aufweist.