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Druckminderventil mit im Hochdruckraum liegendem Ventilkegel Die Erfindung
betrifft solche Druck-minderventile, deren Ventilkegel so im Hochdruckraum gelagert
ist, daß er im Ruhezustand durch den Hochdruck gegen seine Sitzfläche gedrückt wird.
Bei den bisher bekannten derartigen Ventilen werden die öffnungs- !und Steuerungsbewegungen
des Ventils durch einen von. der Membran bzw. deren äußerer Federbelastung unmittelbar
bewegten Druckstift hervorgebracht, welcher mit seinem verjüngten Ende durch die
Ventilsitzbohrung hindurch mit dem Ventilkegel in Berührung tritt. ` Derartige Druclaninderventile
eignen sich besonders zur Entnahme von Gas aus Hochdruckflaschen mit einem stärk
verminderten Betriebsdruck, weil ihre ' Betriebsfähigkeit weit weniger Störungen
-durch Vereisung unterworfen ist als die- Drucktninderventile mit im Niederdruckraum
liegenden Ventilkegeln, weil sich das während oder nach Ventildurchgang aus dem
im Gas enthaltenen Wasserdampf bildende Eis nicht wie bei letzterer Anordnung am
Ventilkegel selbst ansetzen und .ansammeln kann. Dagegen haben diese Ventile den
Nachteil; daß mit abnehmendem Gasvorrat in der Flasche und entsprechender Abnahme
des Gasdruckes bei -unveränderter Einstellung der äußeren Membranbelastung des Druckminderventils
durch die übliche Belastungsfeder der Minderdruck in einem gewissen Verhältnis zum
absinken des Hochdrucks ansteigt. Die Ursache dieser Erscheinung liegt,darin, daß
durch die Spannung der Belastungsfeder der Membran außer dem auf der Fläche der
letzteren in der Mernbrankammer lastenden, möglichst unveränderlich --zu.
haltenden Niederdruck auch noch die
Druckbelastung ,aufgenommen
werden muß, welcher der im Hochdruckraum liegende Ventilkegel durch das unter Flaschendruck
stehende Gas unterworfen ist. Mit sinkende. Flaschendruck tritt daher eine entsprechende
Entlastung der die Membran stützenden Feder ein. Das Gleichgewicht des Stellwerks
des Ventils kann in diesem Falle nur durch Zunehmen der Membranbelastung zufolge
Erhöhung des Gasdruckes in der Membran:-kammer herbeigeführt werden.
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Vorliegende Erfindung ermöglicht es, diesen übelstand dadurch. praktisch
vollkommen unschädlich zu machen, däß zwischen dem Druckstift, welcher die Steuerungsbewegun
gen der Membran auf den Ventilkegel überträgt, und der Membran selbst Zwischenhebel
eingeschaltet sind, deren übersetzungsverhältnis so bemessen ist, daß sich für den
für gleichmäßige Durchflußmengen bei unverändertem Niederdruck während der Entleerung
der Flasche erforderlichen Hub des Ventilkegels ein so vergrößerter Hiib des Membranfederendes
ergibt; .daß die damit verbundene Entspannung der Mesribranfedex der Abnahme der
Ventlkegelbelastungentspricht. -Auf der Zeichnung ist ein der Erfindung entsprechend
ausgebildetes Druckninderventil in Abb., i im Längsschnitt durch seine: Mittelebene
dargestellt; Abb.2 zeigt eine Vorderansicht der geöffneten Membrankammer; Abb.3
erläutert die Bewegung der Steuerteile des Ventils bei unmittelbarer Steuerung des
Ventilkegels durch die M embranfeder, Abb. 4. ebenso bei durch Hebelübersetzung
vermittelter Steuerung des Ventilkegels.
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Die Linie a in-Abb.3 und 4 zeigt das Ab@-nehmen des. Flaschendruckes
bei Entnahme gleichmäßiger Gasmengen aus der Gasflasche und zugleich in entsprechendem
Maßstab die damit gleichlaufend verbundene Elbnahme der Belastung des im Hochdruckraum
liegenden Ventilkegels 6 durch den Flaschenhochdruck. Linie b zeigt die Hubzunahme
des Ventil-i kegels, die nötig ist, uin bei dem abnehmenden Flaschendruck den Durchgang
gleichbleibender Gasmengen durch das Ventil zu ermöglichen. Zugleich zeigt diese
Linie den mit dem Ventilhub gleichen Hub der Membran und die dadurch bedingte Ausdehnung
derlMembranfeder sowie die damit verbundene Abnahme der Spannung dieser Feder an.
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Bei unmittelbarer Steuerung des Ventilkegels durch die federbelastete
Membran 16 gemäß Abb. 3 stimmt die Hublinie a für den Ventilkegel mit der der Membran
überein. Zwischen dieser und der Änderungslinie b für den: Belastungsdruck des Ventilkegels
besteht aber eine gewisse Winkelabweichung a-(3, da unter allen Umständen der Hub
des Ventilkegels mit der durch Entleerung der Flasche sich ergebenden Entlastung
der Membranfeder weniger zunimmt; als der Abnahme der Hochdruckbelastung des Ventilkegels
entspricht.
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Bei Steuerung des Ventilkegels durch Vermittlung von Zwischenhebeln
gemäß Abb.4 gibt die Linie a nur die den Bedingungen zur Erhaltung des Niederdruckes
und gleichmäßiger Durchflußmenge entsprechende Hübbewegung des Ventilkegels wieder.
Die damit verbundene Membranbewegung ist dem Übersetzungsverhältnis entsprechend
vergrößert. Man kann also in jedem Stadium .der Flaschenentleerung störungsfreies
Gleichgelvicht zwischen dem Menibranfederdruck und der Ventilkegelbelastung ohne
Zulassung einer Zunahme der Membranbelastung, also des Niederdruckes erreichen,
wenn man das Übersetzungsverhältnis zwischen der Bewegung der -Membran und der des
Ventilkegels durch entsprechende Bemessung der Zwi schenhebel gemäß dem Verhältnis
der Winkela:ß also so bestimmt, daß die Membranbewegung so vergrößert wird, wie
dem Unterschied der Entlastung des Ventilkegels vom Hochdruck einerseits und dem
Membranfederdruck anderseits: bei sinkendem Flaschendruck entspricht.
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Der Ausgleich der beiden auf den Ventilkegel wirkenden, mit dem Flaschendruck
veränderlichen Kräfte des \Iembranfederdruckes und der -,Hochdruckbelastung wird
- selbst durch den Umstand nicht unmöglich gemacht, daß die Voraussetzung der Proportionalität
des Ventilhubes zur Druckabnahme der Wirklichkeit nicht ganz -entspricht; da die
Möglichkeit gegeben wäre; auch diesem Umstand durch entsprechende Ausgestaltung
der Zwischenhebel Rechnung zu tragen. Ein vollkommener Ausgleich der beiden veränderlichen
Belastungsdrücke des Ventilkegels ist aber praktisch meist nicht nötig; vielmehr
genügt es, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hub des Ventils und der
Membran dem für den vollkommenen Ausgleich der Ventilbelastungsdrücke erforderlichen
Maß angenähert wird.
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Abb. i und 2 zeigen eine zweckmäßig-Ausführung eines der Erfindung
entsprechen den Druckninderventils. Das Gehäuse i des Druclnninderventils ist mit
einer Gewindemufte a versehen, in welche der zum Anschluß an die Hochdruckgastlasche
dienende Rohrstutzen 3 eingeschraubt ist. Von dein Grunde dieser Gewindemuffe geht
der Hochdruck kanal4 aus; welcher seitlich am Grunde des zylindrischen Ventilführungsraumes
j mündet, in dem der mit tlbilacliungen versehene
Ventilkegel 6
beweglich gelagert ist. Der Ventilkegel ist an seiner Außenseite durch die Schließfeder'?
belastet, welche sich gegen den Grundeiner Federkappe 8 stützt,. die auf einen den
Ventilführungsraum 5 umgebenden Gewindestutzen 9 abschließend aufgeschraubt ist.
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Vom Grunde des Ventilführungsraumes 5 geht gleichachsig zu diesem
die Ventilsitzfbohrung io aus, deren Eingangsrand den vorzugsweise ringschneidenförmigen
Ventilsitz i i bildet, auf den sich die Endfläche des Ventilkegels 6 unter der Wirkung
der Schließfeder 7 abschließend aufsetzt. An diesen engen Teil des Ventildurchganges
setzt sich weiterhin eine erheblich weitere Führungsbohrung I2 gleichachsig an,
in welcher das Stiftende des Druckstiftes 13 längs beweglich passend .eingesetzt
ist, aber durch an seinem Körper angebrachte Längsabfiachungen das Durchströmen
des Gases ermöglicht. Das dem Ventilkegel 5 zugewendete Ende i q. des Druckstiftes
ist, soweit es durch- die enge Ventilsitz= bohrung io hindurchgeht, auf einen möglichst
geringen Durchmesser verjüngt und berührt damit die Endfläche des Ventilkegels 6.
_-Das äußere Ende der Führungsbohrung 12 mündet in die Mitte der Membrankammer 15,
die
an ihrer Außenseite, wie üblich, durch die Membran 16 abgeschlossen wird; deren
Rand durch die mit Gewinde an der Außenseite der Mernbrankammer 15 befestigte
Membrankappe 17 dicht schließend eingespannt ist. Letztere trägt an ihrer Außenseite
das Federgehäuse 18 der Membranfeder i g, deren inneres Ende durch Vermittlung der
Zwischenplatte 2o die Membran gegen den Innendruck abstützt und ihrerseits unter
Zwischenwirkung eines Federtellers 2 i durch eine Stellschraube einstellbar abgestützt
wird.
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Auf die Innenseite der Membran wirkt der Zwischenhebel 23, 'der bei
24 an der Außenseite der Membrankammer um ,einen Zapfen schwingbar gelagert ist
und mit einer ballig ausgebildeten Seitenfläche 25 die Mitte der ,Membran berührt.
Gegenüber der Lagerstelle 2.1 dieses Hebels ist am Boden der Membrankammer in geringem
Abstand von der Führungsbohrung 12 ein zweiter Zwischenhebel 26 um einen Zapfen
27 schwingbar gelagert, dessen freies Ende 28 die Innenseite des Zwischenhebels
23 in :einem geringen Abstand von dessen Lagerstelle 24. berührt, während der Zwischenhebel
26 selbst sich mit seiner Innenseite gegen das z@veclmäßigballige Außenende des
Druckstiftes 13 legt. Durch diese beiden Zwischenhebel.23 und 26 wird der die öffnungsbewegung
das Ventilkegels hervorbringende Druck der Membranfeder 19 auf den Druckstift
und den Ventilkegel mit einem im Sinne der Druckvergrößerung wirksamen.Übersetzungsverhältnis
übertragen, welches in dem dargestellten Beispiel den Federdruck um das Vierfache
vergrößert zur Wirkung bringt, während der in der Membrankammer herrschende Gasdruck
sich mit der Belastungsfeder der Membran unabhängig von dieser Hebelübersetzung
ins Gleichgewicht setzt und daher die Schlußbewegung des Ventilkegels herbeiführt,
sobald die durch die eingestellte Federbelastung bestimmte Höhe des Minderdruckes
erreicht ist.
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Das Niederdruckgas kann durch den Kanal 29 und den Schlauchstutzen
3o dem Verbrauch zugeführt werden. Auch kann man an diesen Entnahmekanal ein zweites
Druckminderventil anschließen, um die durch das Druckminderventil zu beherrschende
Druckstufe in bekannter Weise zu unterteilen.