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Ein
Ventil wird bekannterweise dazu benutzt, den Inhalt von tragbaren
Behältern,
insbesondere im Bereich des Bahntransports nach außen zu isolieren. Die
Ventile, die üblicherweise
bei Transportbehältern für toxische
Fluide wie HCl oder BF3 eingesetzt werden,
sind als Körper
ausgebildet, der auf den Behältern
angebracht ist und die Verbindung zwischen den Behältern und
den äußeren Elementen
gewährleistet.
Dieser Körper
umfasst einen Hohlraum, der mit einem Ausgang kommuniziert. Das
Ventil oder der Behälter
weist eine interne, den Eingang des Körpers verschließende Ventilklappe
auf und gewährleistet somit
ein ersts Abdichten des Behälters
gegen den Durchfluss von Fluid. Die Ventilklappe ist beispielsweise
als Rückschlagklappe
ausgebildet und umfasst beispielsweise eine in Verschließstellung
durch eine Feder gegen einen Dichtsitz beanspruchte Kugel. Die Ventilklappe
ist beispielsweise in einer Fluiddurchflussleitung angeordnet, sodass
das unter Druck stehende Gas eine Schließkraft auf sie ausübt. Diese
Art von Ventil umfasst eine Betätigungsstange zum
Betätigen
der inneren Sicherheitsklappe, damit das Fluid abfließen kann. Über einen
bestimmten Hub hinaus übt
die Stange eine Öffnungskraft
auf die innere Sicherheitsklappe aus. Mit einer handbetätigten Vorrichtung
wie zum Beispiel einem Handrad kann die Stange in ihrer Achse verschoben
werden. Die Stangenbetätigungsvorrichtung
ist außen
am Ventilkörper
angebracht. Die Stange erstreckt sich folglich von der Betätigungsvorrichtung
bis ins Innere des Ventilkörpers.
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Zur
Abdichtung des Ventilkörpers
an der Stangendurchführung
wird normalerweise eine Stopfbuchsdichtung angeordnet. Die Stopfbuchsdichtung
besteht gewöhnlich
aus übereinander
gestapelten, die Stange umgebenden PTFE-Ringen. Diese Ringe werden
in der Stangenachse mittels einer Schraube gegen einen Anschlag
des Ventilkörpers
und eine Stopfbuchsbrille gepresst. Durch die axiale Pressung entsteht
auch eine radiale Pressung der Ringe, sodass sie mit der Stange
in Berührung kommen
und damit den Hohlraum des Körpers
nach außen
hin abdichten.
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Diese
Lösung
hat jedoch Nachteile. Das Ventil kann Leckagen aufweisen, insbesondere
während
seiner Handhabung. Während
der Handhabung des Ventils ist die Sicherheitsklappe offen und lässt somit
das Fluid in den Hohlraum des Körpers
eindringen. Die Stopfbuchse ist dann dem vom Fluid ausgeübten Druck
ausgesetzt, der bis zu 200 bar betragen kann, und hat die Aufgabe
den Hohlraum abzudichten. Bei den Stopfbuchsdichtungen treten immer
wieder durch diese Technik bedingte Leckagen auf. Die mit der Handhabung
der Behälter,
die gewöhnlich
giftige Produkte wie HCl enthalten, beauftragten Personen müssen das
Ventil zum Öffnen
bzw. Schließen betätigen und
sind dadurch entweichenden Gasen ausgesetzt. Außerdem kann bei Handbetätigung der Ventildurchfluss
nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit und Genauigkeit eingestellt
werden. Zudem ist die Handbetätigung
bei Auftreten einer Leckage nach dem Ventil, die eine sofortige
Abschaltung des Fluiddurchflusses erfordert, nicht das geeignete
Mittel. Eine Leckage kann in einem solchen Fall folgenschwere Auswirkungen
auf die Umwelt haben, bevor ein Techniker unter guten Bedingungen
eingreifen kann.
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Es
wurde vorgeschlagen, die Handbetätigungsteile
des Ventils mit Schutzkombinationen auszustatten, doch wird dadurch
die Betätigung
des Ventils erschwert.
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In
der
GB-A-2 118 329 ist
ferner ein Druckluft-Sicherheitsventil bei Überdruck in Pipelines, Heizkesseln
und anderen ähnlichen
Anwendungen offenbart, und aus der
US-A-5 127 436 ist ein Druckreduzieradapter
für Hochdruck-Gasflaschen bekannt.
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Die
Erfindung schlägt
eine Lösung
für diese Probleme
vor, und zwar ein Ventil für
Fluidbehälter, umfassend
einen Ventilkörper
mit einem Fluiddurchgang, mit außerdem einer Ventilklappe,
die den Fluiddurchgang verschließt, wobei die Ventilklappe durch
das Betätigungsmittel
betätigt
wird und derart angeordnet ist, dass das Fluid eine Verschließkraft auf
sie ausübt,
mit einem bewegbaren Betätigungsmittel
zum Öffnen
und Schließen
des Fluiddurchgangs je nach dessen Lage zum Körper, mit einer Verriegelungsvorrichtung
zur Verriegelung des Betätigungsmittels
in Schließstellung
des an einem Ende des Betätigungsmittels
angeordneten Fluidurchgangs, mit einem Stellantrieb, der das Betätigungsmittel
zwischen Stellungen bewegt, die dem Öffnen und Schließen des
Fluiddurchgangs entsprechen, mit außerdem einer Verriegelungsvorrichtung
des Betätigungsmittels
in Schließstellung
des Fluiddurchgangs und einer Stellantriebssteuerung, die mit Abstand
vom Ventil angeordnet ist.
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Nach
einer Variante ist die Verriegelungsvorrichtung an einem axialen
Ende des Betätigungsmittels
angeordnet.
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Nach
einer weiteren Variante kann der Stellantrieb ein unter Druck stehendes
Steuerfluid zum Bewegen des Betätigungsmittels
empfangen.
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Nach
einer weiteren Variante umfasst der Stellantrieb eine mit einer
Steuerfluidquelle verbindbare Druckkammer, einen mit dem Betätigungsmittel aus
einem Stück
bestehenden, je nach dem Druck des Steuerfluids in der Druckkammer
bewegbaren Kolben.
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Nach
einer weiteren Variante umfasst der Stellantrieb eine biegsame,
den Kolben dicht mit der Druckkammer verbindende Membran.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass der Stellantrieb eine Feder umfasst,
die den Kolben in eine Schließstellung
des Fluiddurchgangs beansprucht.
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Nach
einer weiteren Variante umfasst das Ventil außerdem ein Elektroventil, das
den Stellantrieb mit Steuerfluid versorgt, wobei das Elektroventil durch
die Fernsteuerung gesteuert wird.
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Nach
einer weiteren Variante umfasst das Betätigungsmittel eine gegenüber dem
Körper
verschiebbar montierte Welle.
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Die
Erfindung hat weiterhin einen Behälter zum Gegenstand mit einem
wie in den Ansprüchen definierten
Ventil.
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Nach
einer Variante enthält
der Behälter
ein toxisches Fluid, vorzugsweise HCl.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung.
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Die
Erfindung gibt ein Ventil für
einen ein toxisches Fluid enthaltenden, insbesondere tragbaren Behälter an,
der ein mit einem Stellantrieb verbundenes Betätigungsmittel umfasst. Eine
vom Ventil entfernt angeordnete Steuerung steuert die Bewegung des
Betätigungsmittels
zum Verstellen in eine Öffnungs-
oder Schließstellung.
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Im
folgenden Ausführungsbeispiel
wird ein erfindungsgemäßes Ventil
im Einzelnen beschrieben. 1 ist eine
schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung. Sie zeigt ein
Ventil 1 in Schließstellung
mit einem Körper 2,
der an einem Behälter 13 angebracht
ist. Der Körper weist
eine mit dem Behälter
kommunizierende Leitung 101 und zudem einen Hohlraum 102,
der mit einem Ausgang 103 des Körpers kommuniziert, auf. Der
Körper
weist weiterhin ein Verschließmittel 6 auf, das
den Fluiddurchfluss zwischen der Leitung 101 und dem Hohlraum
selektiv verschließt.
Ein Betätigungsmittel 3 durchquert
von Außen
eine Wand des Körpers
und erstreckt sich im Wesentlichen auf der ganzen Länge des
Hohlraums 102. Eines seiner Enden verläuft gegenüber dem Verschließmittel 6.
Das Betätigungsmittel 3 ist
fest mit einem beweglichen Kolben 8 eines Stellantriebs 4 verbunden.
Der Kolben 8 ist beweglich in einer Druckkammer 7 des
Stellantriebs 4 angeordnet. Die Druckkammer 7 weist
einen mit einem Elektroventil 12 verbundenen Fluideingang 114 auf.
Das Elektroventil 12 wird durch eine vom Ventil entfernt
angeordnete Steuerung 5 gesteuert.
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Das
Ventil 1 umfasst somit einen Körper 2, der dicht
am Behälter 13 befestigt
ist. Der Körper kann
mittels Bolzen oder Schrauben auf einer Grundplatte des Behälters befestigt
sein, wobei zwischen Grundplatte und Körper vorzugsweise eine Dichtung eingefügt wird.
Die eingesetzten Mittel können
hochfeste Bolzen oder Schrauben sein. Es können auch Bolzen oder Schrauben
mit begrenzter Härte
sein, um Versprödungskorrosion
zu vermeiden, da diese Art Korrosion besonders im Kontakt mit Wasserstoff auftritt.
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Zwischen
der Grundplatte und dem Ventil oder zwischen der Grundplatte und
dem Behälter kann
eine Dichtung besonderer Art eingesetzt werden. So kann zum Beispiel
eine zweifache Dichtung vom Typ Spiraldichtung aus Metall/PTFE sein.
Dadurch werden Dichtheit und Sicherheit verbessert.
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Der
Körper
kann aus Werkstoffen wie Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, austenitischer
rostfreier Stahl oder aus einer Nickellegierung hergestellt sein. Diese
Werkstoffe haben insbesondere gute Korrosionsfestigkeitseigenschaften.
Er kann auch aus jedem Material mit guten mechanischen Eigenschaften und
vorzugsweise einer guten Korrosionsfestigkeit eingesetzt werden.
Die Leitung 101 des Körpers
verläuft
gegenüber
einer Öffnung
des Behälters.
Das Fluid im Behälter
kommuniziert auch mit der Leitung 101. Der Körper umfasst
ferner das als Ventilklappe ausgebildete Verschließmittel 6,
das die Verbindung zwischen der Leitung 101 und dem Hohlraum 102 des
Körpers
in Schließstellung
des Fluiddurchgangs verschließt.
Die Ventilklappe 6 umfasst ein Klappenendstück 104 und
eine Feder 106 (es kann auch eine Kugel als Klappenendstück verwendet
werden). In der Schließstellung
des Fluiddurchgangs drückt die
Feder 106 das Klappenendstück 104 gegen einen am
Körper
ausgebildeten Klappensitz 105. Die Klappe 6 gewährleistet
damit in dieser Stellung die Dichtheit zwischen der Leitung 101 und
dem Hohlraum 102.
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Der
Hohlraum 102 kommuniziert mit dem Ausgang 103.
Bei Öffnungsstellung
des Durchgangs zwischen Leitung 101 und Hohlraum 102 kann
das Fluid des Behälters über die
Leitung 101 und den Hohlraum 102 bis zum Ausgang 103 abfließen. Der Ausgang
kann zu seiner Abdichtung zum Beispiel während des Transports oder während der
Lagerung des Behälters
mit einem Verschlussstopfen versehen sein. Der Verschlussstopfen
kann ein Gewinde aufweisen, das mit einem entsprechenden Gewinde
des Körpers
zusammenwirkt. Der Verschlussstopfen kann mit jedem ähnlichen
dichten Befestigungsmittel am Körper
angebracht sein.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist das Betätigungsmittel 3 als
längliche
Welle ausgebildet. Das Betätigungsmittel
kann gegenüber
dem Körper
verschiebbar auf der Welle angeordnet sein, sodass es sich in Richtung
des Pfeils von 1 verschieben kann. Das Betätigungsmittel
weist an einem seiner Enden einen gegenüber dem Klappenendstück 104 angeordneten
Kopf 107 auf. Beim Verschieben des Betätigungsmittels in Pfeilrichtung wird
der Kopf 107 mit dem Klappenendstück 104 in Berührung gebracht.
Der Kopf 107 wirkt folglich zum Öffnen des Fluiddurchgangs direkt
auf das Klappenendstück 104 ein.
Das Betätigungsmittel
kann aus einem korrosionsbeständigen
Werkstoff wie zum Beispiel aus einem Kohlenstoffstahl, einem rostfreien Stahl
oder einer Nickellegierung hergestellt sein.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform durchquert
das Betätigungsorgan
eine Wand des Körpers.
Eine Stopfbuchsdichtung 110 kann zur Abdichtung des Ventilkörpers am
Durchgang des Betätigungsmittels
angeordnet sein. Die Dichtung kann durch übereinander gestapelte, das
Betätigungsmittel
umgebende Ringe gebildet sein. Die Dichtung 110 kann in
einem am Körper
angebrachten Dichtungsträger 111 untergebracht
sein. Der Träger 111 kann weiterhin
Auflagerflächen 112 und 113 aufweisen und
so das Betätigungsmittel
gegenüber
dem Körper führen.
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Ein
Stellantrieb 4 ist über
dem Ventilkörper angeordnet.
Er umfasst die Druckkammer 7, in der der Kolben 8 angeordnet
ist. Der Kolben 8 ist in der vom Pfeil dargestellten Richtung
fest mit dem Betätigungsmittel
verbunden und kann so in diese Richtung eine Kraft auf das Betätigungsmittel
ausüben. Der
Kolben kann durch eine flexible Membran 9 mit der Druckkammer
verbunden sein und sich somit gegenüber der Druckkammer bewegen.
Die Druckkammer kann aus Kohlenstoffstahl, aus rostfreiem Stahl oder
duktilem Gusseisen hergestellt sein. Der Kolben kann auch aus rostfreiem
Stahl oder Kohlstoffstahl hergestellt sein. Die Membran kann aus
Elastomer oder weichem Kunststoff auf einem undurchlässigen Spezialtuch
hergestellt sein.
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Eine
oder mehrere Federn 10 beanspruchen den Kolben 8 in
Richtung Schließstellung
des Fluiddurchgangs. Dadurch wird verhindert, dass zum Beispiel
während
des Transports das Betätigungsmittel durch
unbeabsichtigte Erschütterungen
verschoben wird. Die Schließstellung
des Fluiddurchgangs wird beibehalten, um unbeabsichtigte Leckagen
des Ventils zu verhindern.
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Die
Druckkammer weist eine Leitung 114 auf, über die
sie mit einer unter Druck stehenden Steuerfluidquelle kommuniziert.
Ein Stopfen 116 kann die Leitung 114 mit einer
von der Steuerfluidquelle kommenden Leitung verbinden. Beim Eintritt eines
unter Druck stehenden Fluids in die Druckkammer 7 übt das Steuerfluid
eine Kraft auf den Kolben aus, mit welcher der Kolben und die Stange
in eine Öffnungsstellung
des Fluiddurchgangs überführt werden
können.
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Die
Leitung 114 kann an ein Elektroventil 12 angeschlossen
sein. Die Druckkammer kommuniziert dann mit einem vom Elektroventil
kommenden Steuerfluid. Es kann ein Elektroventil mit zwei Stellungen
verwendet werden, das die Druckkammer selektiv entweder mit einem
Steuerfluid mit einem bestimmten Öffnungsdruck oder mit einem
Steuerfluid mit atmosphärischem
Druck beaufschlagen kann. Da ein Elektroventil normalerweise eine
kurze Ansprechzeit hat, wird die zur Umschaltung zwischen Öffnungsstellung
und Schließstellung
des Fluiddurchgangs erforderliche Zeit dadurch verkürzt. Es
kann ein gasförmiges
Steuerfluid wie Luft oder Stickstoff verwendet werden. Das gasförmige Steuerfluid
wird vorzugsweise bei einem Druck von weniger als 10 bar eingesetzt.
Es kann auch ein flüssiges
Steuerfluid wie Öl
oder eine schwer verdichtbare Flüssigkeit
wie Kfz-Bremsflüssigkeit
gewählt
werden. Das unter Druck stehende Steuerfluid kann beispielsweise
von einem unter Druck stehenden Gasbehälter oder einem Kompressor
geliefert werden.
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Eine
vom Ventilkörper
entfernt angeordnete Stellantriebssteuerung steuert die Stellung
des Elektroventils. Diese Steuerung ist vorzugsweise in einem externen
abgesicherten Bereich angeordnet. Die Steuerung sendet ein Öffnen- oder
Schließsignal an
das Elektroventil. Die Steuerung kann beispielsweise in 20 Meter
Entfernung vom Ventilkörper
oder in einer ausreichend großen
Entfernung angeordnet sein, damit ein Bediener vor eventuellen Leckagen des
Ventils oder des Behälters
geschützt
ist. Sie kann auch in einer vom Behälter isolierten Kabine untergebracht
sein. Die Steuerung kann ein elektrisches Steuersignal erzeugen,
das über
eine elektrische Leitung an das Elektroventil übertragen wird. Es kann auch
jede geeignete Steuerung verwendet werden, wie zum Beispiel eine
Funksteuerung oder eine Seilzugsteuerung.
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Nach
einer Variante weist das Betätigungsmittel
weiterhin eine Ausstülpung 109 auf,
die dazu vorgesehen ist, mit einem Sitz 108 zusammenzuwirken,
der im Ventilkörper
vorgesehen ist. Die Ausstülpung
des Betätigungsmittels
bleibt mit dem Sitz des Körpers
in Kontakt, wenn der Fluiddurchgang in geschlossener Stellung ist.
Durch die Kombination von Ausstülpung 109 und
Sitz 108 kann das Ventil folglich zusätzlich abgedichtet werden.
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Das
Ventil kann weiterhin eine Vorrichtung zum Verriegeln des Betätigungsmittels
in Schließstellung
aufweisen. Die Verriegelungsvorrichtung kann durch Schneiden eines
Gewindes an einem Ende des Betätigungsmittels
und durch Befestigen eines Rändelrades 11 mit
einem entsprechenden Gewinde hergestellt werden. Die Verriegelungsvorrichtung kann
beispielsweise an einem axialen Ende des Betätigungsmittels, vorzugsweise
an einem axialen Ende der nach außen vorspringenden Betätigungsstange
hergestellt werden. Die Verriegelung bleibt somit bestehen, auch
wenn unter Druck stehendes Gas in die Druckkammer eingeführt wird.
Es kann auch ein Stift 115 verwendet werden, der das Rändelrad 11 mit
dem Stellantrieb verbindet und das Rändelrad in seiner Lage fixiert.
Dadurch kann sich das Rändelrad
unter ggf. auftretenden Erschütterungen nicht
lösen.
Der Fluiddurchgang kann dadurch noch sicherer in der Schließstellung
gehalten werden.
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Nach
einer weiteren Variante kann der Kolben mittels einer mit dem Betätigungsmittel
fest verbundenen, im Wesentlichen kreisrunden Platte hergestellt
werden, die an ihrem Umfang eine Dichtung aufweist. Die Dichtung,
beispielsweise eine Ringdichtung oder eine Lippendichtung, dichtet
die Platte gegenüber
der Druckkammer ab.
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Nach
einer weiteren Variante kann ein Elektroventil eingesetzt werden,
dessen Öffnung
so einstellbar ist, dass der Druck des die Druckkammer beaufschlagenden
Steuerfluids variabel ist. Der Fluiddurchfluss am Fluiddurchgang
kann somit auf einen gewünschten
Wert eingestellt werden.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise des Ventils nach 1 näher erläutert. Ein
Bediener schaltet die Steuerung in die Öffnungsstellung des Fluiddurchgangs.
Das Elektroventil empfängt
ein Steuersignal und verbindet daraufhin die Druckkammer mit dem
unter Druck stehenden Steuerfluid. Bei unverriegeltem Betätigungsmittel
wirkt das Steuerfluid auf den Kolben und die Membran ein. Der Kolben und
das Betätigungsmittel
werden daraufhin in Richtung des Pfeils von 1 verschoben.
Der Kopf des Betätigungsmittels
kommt mit dem Klappenendstück 104 in
Berührung.
Ggf. verlässt
die Ausstülpung 109 des
Betätigungsmittels
den Sitz 108. Das Klappenendstück, das der Bewegung des Betätigungsmittels
folgt, wird vom Sitz 105 gelöst und gibt dadurch die Kommunikation
zwischen der Leitung 101 und dem Hohlraum 102 frei.
Das Fluid kann nun zum Ausgang 103 fließen.
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Schaltet
der Bediener die Steuerung in die Schließstellung des Fluiddurchgangs,
wird ein Steuersignal an das Elektroventil gesendet. Das Elektroventil
verbindet daraufhin die Druckkammer mit einem Fluid, das unter atmosphärischem
Druck oder unter einem Druck steht, der nicht ausreicht, um den Fluiddurchgang
in der Öffnungsstellung
zu halten. Am Kolben ist die durch die Feder 10 ausgeübte Kraft größer als
die vom Steuerfluid ausgeübte
Kraft. Folglich bewegt sich der Kolben in die dem Pfeil entgegen gesetzte
Richtung, sodass sich der Kopf des Betätigungsmittels soweit verschiebt,
bis er keine Kraft mehr auf das Klappenendstück ausübt. Die Feder 106 beansprucht
das Klappenendstück 104 gegen den
Klappensitz 105. Die Leitung 101 und der Hohlraum
sind damit wieder voneinander getrennt und der Fluiddurchgang befindet
sich in Schließstellung.
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Bei
der Variante mit einstellbarer Öffnung des
Elektroventils kann der Benutzer je nach dem von dem Elektroventil
abgegebenen Steuerfluiddruck eine Zwischenöffnung des Fluiddurchgangs
steuern, wodurch eine schnelle Durchflusseinstellung am Fluiddurchgang
möglich
ist. Ein derartiges Ventil kann an der Steuerung auch eine Notschließstellung
zum Schließen
des Ventils in kürzester
Zeit aufweisen.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Behälter, an dem ein Ventil wie
oben beschrieben angebracht ist. Der kugelförmige oder zylindrische Behälter weist normalerweise
eine Schrauböffnung
auf, an der das Ventil angeordnet ist. Das Ventil kann mit jedem
geeigneten Mittel an dem Behälter
angebracht sein. Zum Beispiel wie oben beschrieben durch Verschrauben
an der oben genannten Öffnung.
Ein derartiger Behälter
hält vorzugsweise
Drücke
von mehr als 50 bar aus. Es sollte ferner ein Behälter verwendet
werden, der Drücken
von mehr als 100 bar widersteht. Der Behälter kann beispielsweise aus
Stahl oder jedem anderen Werkstoff mit guten mechanischen Eigenschaften
und vorzugsweise mit einer guten Korrosionsfestigkeit hergestellt
sein.
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So
kann ein derartiger Behälter
als tragbarer Behälter
für den
Transport von unter Druck stehenden toxischen Fluiden, insbesondere
zum Transport von Fluiden wie HCl eingesetzt werden.
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Selbstverständlich beschränkt sich
die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten
Ausführungsbeispiele
und Ausführungsformen.
Vielmehr lässt
sich die Erfindung auch bei einer Anzahl von dem Fachmann zugänglichen Varianten
einsetzen.