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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil mit
einem Ventilgehäuse, das einen ringförmigen
Ventilsitz umfaßt, der einen Sitzabschnitt besitzt, welcher
eine diesen Sitzabschnitt überragende, ringförmige
Lippe umgibt, einem im Ventilgehäuse verschiebbaren
Plungerkolben, einer in einer Ausnehmung des
Plungerkolbens angeordneten Elastomerdichtung und einem
Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung auf den
Plungerkolben in einer Richtung auf den Ventilsitz zu, um
die Dichtung in dichtenden Kontakt mit der Lippe des
Ventilsitzes zu bringen, wobei die Gesamtdicke der
Dichtung innerhalb der Tiefe der Ausnehmung des
Plungerkolbens liegt, so daß, in der geschlossenen
Stellung des Ventils, eine Endfläche des Plungerkolbens
in direktem Kontakt auf dem Sitzabschnitt des
Ventilsitzes aufsitzt und bei dem eine oder mehrere
Auslaßöffnungen vorhanden sind.
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Es sind federbelastete Abblas- oder
Sicherheitsventile bekannt, bei denen das betriebsmäßig vordere
Ende oder der Kopf eines federbelasteten, bewegbaren
Ventilverschlußgliedes oder Plungerkolbens mit einem
elastomeren Dichtungsring ausgerüstet ist, der als
sogenannte hydrostatische Dichtung arbeitet, bei
welcher der auf die Dichtung wirkende Fluiddruck den von
der Dichtung auf den Sitz ausgeübten Dichtungsdruck
vergrößert. Eine solche Anordnung ist Gegenstand
eines älteren Vorschlags, der in der britischen
Patentbeschreibung Nr. 1 601 130 (entsprechend der
deutschen Beschreibung Nr. DE 28 52 369 A1)
dargestellt ist. Es ist auch bekannt, federbelastete
Abblas- oder Sicherheitsventile mit einer flachen,
elastomeren Dichtung auszurüsten, die an einem
Ventilsitz anliegt, wobei letzterer von dem Typ ist, der
eine aufgerichtete Lippe aufweist, die an der
Dichtung angreift zur Herstellung eines dichtenden
Kontaktes mit dieser, wenn sich das Ventil in seinem
geschlossenen Zustand befindet.
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Sicherheitsventile dieser Bauart werden in weitem
Umfang verwendet, da sie wirtschaftlich in der
Herstellung sind und innerhalb vorgegebener Druckbereiche
eine zuverlässige Dichtung liefern. Die Dichtung
besteht im allgemeinen aus Gummi oder einem anderen
elastomeren Material.
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Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein Ventil zu schaffen, welches einen
Anschlagmechanismus besitzt, der die Deformation der Dichtung
begrenzt. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein Ventil
mit einem den Sitz dichtenden Profil und einem
Entlüftungsmittel für das Ventilgehäuse zu schaffen, bei
dem die Probleme des weiter unten beschriebenen
Ventilklebens gemildert oder eliminiert sind und bei dem
die elastomere Dichtung vor einer übermässigen
Verwindung und Beschädigung geschützt ist, um eine lange
Betriebszeit zu erreichen und eine hohe
Entladungskapazität für das Sicherheitsventil zu schaffen. Zur
gleichen Zeit müssen die Teilkomponenten des
Sicherheitsventils leicht herstellbar und im Hinblick auf
die verwendeten Materialien wirtschaftlich sein.
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Das Sicherheitsventil nach der vorliegenden Erfindung
ist in Anspruch 1 definiert, wobei weitere bevorzugte
Merkmale der Erfindung in den untergeordneten
Ansprüchen definiert sind.
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Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen,
in denen Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines
aus dem Stand der Technik bekannten
Sicherheitsventils darstellt.
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Die Fig. 2, 3 und 4 der begleitenden Zeichnungen
zeigen in beispielhafter Weise die wichtigen Teile einer
Ausführungsform eines Sicherheitsventils gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei die restlichen Teile
des Ventils in konventioneller Weise ausgeführt sind.
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Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht nach der
Linie II-II in Fig. 3 und Fig. 3 ist eine in
Querrichtung verlaufende Schnittansicht nach der Linie III-
III in Fig. 2. Fig. 4 zeigt ein vergrößertes Detail
von Fig. 2.
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In Fig. 1, die eine vereinfachte schematische
vertikale Schnittansicht eines aus dem Stand der Technik
bekannten Sicherheitsventils zeigt, bedeutet 1
allgemein den Zapfenabschnitt eines Ventilgehäuses, der
eine Einlaßbohrung 2 begrenzt, die in einem allgemein
mit 5 bezeichneten Ventilsitz endet. Der Ventilsitz 5
besitzt einen ringförmigen Lippenabschnitt 4, der von
einem Ventilsitzflächenabschnitt 6 umgeben ist und
sich aus diesem herausragend erhebt. Der
Ventilgehäusezapfenabschnitt 1 bildet einen Teil eines
Ventilgehäuses
11, das eine allgemein zylindrische Bohrung 9
begrenzt, in welcher ein
Ventilverschlußplungerkolben, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, entlang
einer Achse A bewegbar ist. Der
Verschlußplungerkolben 10 wird durch ein Federmittel 20 in Richtung auf
den Ventilsitz 5 gedrückt.
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Wie dem Fachmann gut bekannt ist, kann die durch das
Federmittel ausgeübte Vorspannungskraft entweder
durch eine Vorjustierung bei der Herstellung oder
durch eine Justierung im eingebauten Zustand, wenn
das Ventil sich im Betriebszustand befindet,
eingestellt werden, um ein Öffnen des Sicherheitsventils
bei einem spezifischen Abblasdruck des Fluids in der
Einlaßbohrung 2 relativ zu dem im Auslaßbereich
stromabwärts des Ventilverschlusses herrschenden
Druck zu erzielen, wie weiter unten weiter
beschrieben wird. Obwohl zur Justierung der Vorspannungskraft
unterschiedliche Mechanismen verwendet werden, kann,
wie in der Zeichnung dargestellt und rein
beispielsweise, die durch die Feder 20 auf den Plungerkolben
ausgeübte Vorspannungskraft mit Hilfe eines
Stopfens 21 eingestellt oder justiert werden, welcher in
die Bohrung 9 eingeschraubt oder aus ihr
herausgeschraubt werden kann. Wie gut bekannt, kann das
Justiermittel eine Vorrichtung umfassen, die ein
unautorisiertes Fälschen verhindert, wenn der
Abblasdruck einmal richtig eingestellt worden ist.
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Das in der Nähe des Sitzes 5 liegende Ende des
Plungerkolbens 10 ist das betriebsmäßig vordere Ende oder
der Kopf des Plungerkolbens, und entsprechend besitzt
der Ventilverschlußplungerkolben 10 an diesem dem
Sitz 5 benachbarten Ende einen Kopfrand 14, der so
ausgestaltet ist, daß er eine Dichtungsausnehmung 12
definiert, die eine als elastomere Scheibe
ausgestaltete Dichtung 13 aufnimmt.
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Im Betrieb drückt ein in der Bohrung 2 unter Druck
stehendes Fluid gegen die Dichtung, welche von dem
Kopf des Plungerkolbens 10 getragen wird, der durch
die von der Feder 20 ausgeübte Kraft auf den Sitz 5
gedrückt wird, was bewirkt, daß sich die Dichtung 13
an die herausragende Lippe 4 des Ventilsitzes 5
andrückt. Wenn und sobald der Fluiddruck in der
Einlaßbohrung 2 genügend ansteigt derart, daß die von der
Feder 20 ausgeübte Kraft überwunden wird, bewegt sich
der Plungerkolben 10 vom Ventilsitz 5 weg und die
Dichtungsscheibe 13 wird von der Lippe 4 abgehoben.
Das Fluid strömt dann hinter den Ventilsitz 5, um
gewöhnlich durch ein oder mehrere Öffnungen 23, die
stromabwärts vom Ventilsitz 5 im Ventilgehäuse 11
angeordnet sind, auszuströmen Wenn und sobald der
Fluiddruck anschließend abfällt, bewirkt die Feder 20
schließlich eine Bewegung des Plungerkolbens 10 in
Richtung auf den Sitz 5 und die Dichtung 13 legt sich
wieder an die herausragende Lippe 4 an und das Ventil
schließt. Es versteht sich von selbst, daß derartige
Sicherheitsventile sich gewöhnlich für den größten
Teil ihrer Betriebslebensdauer im geschlossenen
Zustand befinden.
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Wenn ein Ventil dieser Bauart gelagert wird oder
sogar unter Umständen eingebaut ist, unter denen für
einen beträchtlich langen Zeitraum kein Fluiddruck
auf es wirkt, hat die Feder die Tendenz, den
Plungerkolben 10 mit seiner Dichtung 13 gegen die erhöhte
Dichtungslippe 4 zu drücken und dies führt zu einer
Deformation des Dichtungsmaterials. Wenn in der Folge
Fluiddruck angelegt wird, wird die Federkraft nach
und nach durch das Fluid in der Einlaßbohrung 2
ausgeglichen, bis bei einem bestimmten eingestellten
Druck die Fluiddruckkraft, welche auf den effektiven
Dichtungsbereich, der durch den Durchmesser der
erhöhten Dichtungslippe 4 bestimmt ist, wirkt, exakt
die Federkraft ausgleicht. Jeder weitere Anstieg des
Fluiddrucks bewirkt, daß der Plungerkolben abhebt und
ermöglicht einen Fluß hinter die zusammenwirkenden
Dichtungselemente des Ventils.
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Es ist jedoch ein allgemeiner Mangel von
Sicherheitsventilen dieser Bauart, daß die elastomeren
Dichtungen übermässig deformiert werden, wenn sie über
beträchtliche Zeiträume in einem Zustand ohne
Fluiddruck gehalten werden. Dies führt nicht nur zu einer
Verschlechterung der Dichtungswirkung, sondern es
kann auch Anlaß zu einem Ventilkleben sein, das dazu
führt, daß das Ventil beim Öffnen bei den
vorgegebenen eingestellten Drucken versagt. Die Tendenz, daß
dieser Fall eintritt, besteht insbesondere nach
langen Zeiträumen der Inaktivität des Ventils. Wenn das
Ventil dann öffnen soll, stellt sich oft heraus, daß
ein beträchtlicher Fluidüberdruck erforderlich ist,
d.h. ein Druck oberhalb des vorbestimmten
eingestellten Druckes, um eine Anfangsentladung zu erzeugen.
Wenn einmal ein bestimmter Grad des Klebens
überwunden ist, kann das Ventil nachfolgend korrekt bei
seinem eingestellten Druck funktionieren, aber dies
bleibt nur erhalten, bis es wieder für einen
beträchtlichen Zeitraum im inaktiven Zustand gelassen
wird, wenn das Phänomen des Klebens dazu neigt,
wieder aufzutreten.
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Die wichtigen Teile eines Sicherheitsventils nach der
vorliegenden Erfindung sind in Fig. 2 dargestellt,
während die übrigen Teile des Ventils in
konventioneller Weise ausgestaltet sind. So wird
beispielsweise der Plungerkolben 10 mittels einer Feder
belastet, wie in Fig. 1 dargestellt, und übliche Mittel
zum Justieren und Einstellen des Abblasdruckes können
vorgesehen sein.
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Entsprechend einem Aspekt der Erfindung und wie in
Fig. 2 dargestellt, ist der Kopfrand 14 des
Plungerkolbens so ausgebildet, daß er eine stirnseitige
Oberfläche aufweist, die im wesentlichen bündig oder
co-planar mit der Dichtungsfläche der Dichtung 13
liegt, wobei die Stimseite des Randes 14 dem somit
flach und ringförmig ausgebildeten Sitz 5
gegenüberliegt. Auch der Flächenabschnitt 6 des
Ventilsitzes 5, der sich vollständig um die aufragende Lippe 4
herum erstreckt, ist entsprechend flach ringförmig
ausgebildet, so daß im geschlossenen Zustand des
Ventils, wie in Fig. 2 dargestellt, die stirnseitige
Oberfläche des Randes 14 des Plungerkolbens 10 direkt
am Sitzflächenabschnitt 6 außerhalb der Lippe 4
anstößt oder anliegt. Dieses Mittel stellt ein
Anschlagmittel dar, welches den Grad der Deformation
begrenzt, der von der Dichtung 13 aufgrund der
Wirkung der herausragenden ringförmigen Lippe 4, an
welcher die Dichtung 13 zum Schließen des Ventils
anliegt, erfahren wird. Wie weiter unten erläutert
wird, ist der Kontaktbereich zwischen der Stirnseite
des Plungerkolbens und dem Sitzflächenabschnitt 6
diskontinuierlich ausgebildet, so daß er sich nicht
ganz um die Dichtung 13 erstreckt.
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In vorteilhafter Weise ist die Lippe 4 so angeordnet,
daß in dem besagten geschlossenen Zustand des Ventils
sie einen Abstand von mindestens 0,4mm und
vorzugsweise 0,5mm bis 1,5mm von der Innenkante des
Plungerkolbenrandes 14 besitzt, wenn die besagte Innenkante
des Plungerkolbenrandes 14 einen Durchmesser besitzt,
der 60mm nicht überschreitet. Im allgemeinen ist die
herausragende ringförmige Lippe 4 innerhalb des
Außenrandes der Dichtung 13 mit einem Abstand
angeordnet, der mindestens 1,2% des Radius der Dichtung
13 beträgt.
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Die genaue Ausgestaltung des Querschnitts der
ringförmigen Lippe 4 ist nicht kritisch. Jedoch sollte
eine solche Lippe normalerweise nicht hinterschnitten
sein oder eine Fläche aufweisen, die parallel zur
axialen Richtung A des Ventils verläuft: eine solche
Ausbildung würde zu Problemen hinsichtlich des
Ventilklebens
führen. Die Lippe kann beispielsweise als
Kreisbogen ausgebildet sein, dessen Mittelpunkt
unterhalb des Niveaus des Ventilsitzes 6 angeordnet ist
(d.h. links von der Schnittlinie III-III in Fig. 2)
und der tangential zur Wand der Einlaßbohrung 2
liegt. Dies würde dem Ende dieser Einlaßbohrung einen
Grad von Konizität verleihen; man vergleiche
Bezugsziffer 3 in Fig. 2. Die Bearbeitung wird jedoch sehr
vereinfacht, wenn diese ringförmige Lippe 4 mit einem
V-förmigen Querschnitt hergestellt wird, wie es im
dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Der
Ventilsitz 5, der im allgemeinen ein integraler Teil
des Ventilgehäuses 11 ist, weist der Dichtung
gegenüberliegend, die als umgekehrtes "V" ausgestaltete
vorstehende Lippe 4 auf, die aus dem flachen ringför
migen Sitzflächenabschnitt 6, der sie unmittelbar
umgibt, ansteigt. Der Winkel des "V" der vorstehenden
ringfrmigen Sitzlippe 4 kann etwa 60º bis 120º
betragen. Der genaue Wert dieses Winkels ist nicht von
besonderer Bedeutung, so daß andere Werte verwendet
werden können in Abhängigkeit vom Typ des Fluids, zu
dessen Steuerung das Entlastungs- oder
Sicherheitsventil verwendet wird und auch in Abhängigkeit von
den Eigenschaften des elastomeren Materials, das für
die Dichtungsscheibe 13 verwendet wird, die in der
Ausnehmung des Ventilplungerkolbens 10 angeordnet
ist. Auch das Durchflußverhalten des Ventils in der
teilweise oder völlig geöffneten Stellung kann bei
der Bestimmung dieser Einzelheit berücksichtigt
werden.
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Vorzugsweise endet die Einlaßbohrung 2 in einem
Durchlaßabschnitt 3 der konisch ausgebildet ist und
direkt in die Lippe 4 übergeht, indem er deren innere
Oberfläche bildet.
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Wenn sich der Ventilplungerkolben 10 in seiner
geschlossenen Stellung und völlig auf dem Sitz
aufhegend befindet, dringt die "V"-gestaltete vorstehende
Lippe 4 des Ventilsitzes 5 unter Deformation des
elastomeren Materials in die Dichtung 13 in einem Ausmaß
ein, welches durch die Höhe der Lippe 4 in Bezug auf
die Tiefe des umgebenden Randes 14 des Plungerkolbens
10, der sich in direktem Kontakt mit dem
Flächenabschnitt 6 des Sitzes 5 befindet, bestimmt ist.
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Wie aus dem Vorstehenden erkannt werden kann, ist der
maximale Grad des Eindringens der Lippe 4 in die
Dichtung 13 im geschlossenen Zustand des Ventils
durch das Anschlagmittel begrenzt, das durch das
flache ringförmige Ende des Plungerkolbenrandes 14,
welches am Sitzflächenabschnitt 6 anliegt, gebildet
wird. Daraus folgt, daß die Eindringtiefe vom Volumen
der Lippe 4 und insbesondere von der überstehenden
Höhe dieser, den Flächenabschnitt 6 überragenden
Lippe, abhängig ist. Diese Höhe der Lippe 4 liegt
vorzugsweise zwischen 1% und 5% des
Scheiteldurchmessers der Lippe 4. Allgemein gesagt entspricht die
optimale Lippenhöhe einem kleineren Anteil des
Lippendurchmessers, wenn dieser Durchmesser anwächst.
Deshalb beträgt die Lippenhöhe für Lippendurchmesser
oberhalb von 20mm vorzugsweise 1% bis 4% dieses
Durchmessers und für Lippendurchmesser bis zu 25mm
liegt die Lippenhöhe vorzugsweise zwischen 1,5% und
5% dieses Durchmessers. Wenn der Lippendurchmesser
etwa 15mm beträgt, kann beispielsweise die Lippenhöhe
etwa 0,4mm betragen.
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Ein Merkmal dieser Konstruktion besteht darin, daß,
weil die Dichtung 13 vollständig von dem sie
umgebenden Rand 14 eingeschlossen ist, nur eine geringe
Wahrscheinlichkeit besteht, daß das Dichtungsmaterial
im geschlossenen Zustand des Ventils zwischen
aneinander anliegenden Direktoberflächen eingeklemmt wird.
Zur Hilfestellung in dieser Hinsicht kann die
Schulter des Randes 14 in der Nähe der Dichtung und der
Lippe 4 weggeschnitten oder bearbeitet sein, so daß
sie konisch oder abgerundet ausgebildet oder in
anderer Weise gemildert ist.
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Normalerweise wird bei bekannten Sicherheitsventilen
dieser allgemeinen Bauart der stromabwärts des
Ventilverschlusses gelegene Ausfluß durch eine oder
mehrere Öffnungen (23 in Fig. 1) in Form von Bohrungen
gebildet, die normalerweise durch radiales Bohren des
Ventilgehäuses hergestellt werden.
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Entsprechend einem vorteilhaften Aspekt der
vorliegenden Erfindung jedoch und um bei
Sicherheitsventilen mit den soweit beschriebenen Merkmalen eine hohe
Auslaßkapazität sicherzustellen, sind die
Auslaßöffnungen im Ventilgehäuse in der Art von
eingeschnittenen Schlitzen ausgebildet anstelle von
Auslaßbohrungen,
die in die äußere Gehäusewand gebohrt
sind. Bei einem gegebenen Hub des
Sicherheitsventilplungerkolbens 10 können Auslaßöffnungen in der Form
von Schlitzen wesentlich größere Ausströmdurchlässe
bieten, als dieses bei kreisförmigen Öffnungen der
Fall ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die
untere Kante eines eine Auslaßöffnung bildenden
Schlitzes unterhalb des Niveaus des die
Sitzdichtungslippe 4 umgebenden Sitzflächenabschnitts 6
liegt.
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Folglich ist, wie genauer in Fig. 3 dargestellt, das
Ventilgehäuse bei 30 abgeschnitten zur Bildung von
Schlitzen und Wandabschnitten 31. Wie am besten aus
Fig. 3 entnommen werden kann, ist die Wegnahme von
Material zur Bildung der weggeschnittenen Schlitze
bei 30 so stark, daß bei 32 Material bis zu einer
Ebene unterhalb des Niveaus des Sitzflächenabschnitts
6 weggenommen ist, wobei diese Ebene auf der vom
Plungerkolben 10 abgewandten Seite des Niveaus des
Ventilsitzes liegt, wodurch ein dünnes Segment 13a
der Stirnfläche der Dichtungsscheibe 13 offen über
der Basiswand 30a jedes Schlitzes liegt. Es wurde
herausgefunden, daß dies eine besser definierte
Wirkungsweise des Ventils im Augenblick des Abblasens
begünstigt. Die Übernahme dieses Merkmals ermöglicht
einen größeren Mengenfluß des Gases, dessen Druck in
den ersten Augenblicken des Abblasens und bevor das
Ventil voll geöffnet hat, zum Abfallen gebracht wird.
Dies hat zur Folge, daß die aufgrund des dynamischen
Gasstroms auf den Ventilplungerkolben 10 wirkenden
Reaktionskräfte ein schnelleres und glatteres Anheben
des Plungerkolbens begünstigen, um das ventil in den
völlig geöffneten Zustand zu bringen zur raschen
Entlastung des überschüssigen Druckes im System, in
welchem das Ventil angeordnet ist.
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Dieses Vorspringen der Dichtungsscheibe 13 in die
Basis des Schlitzes kann beispielsweise etwa 0,1 bis
0,2mm betragen. Es ist vorteilhaft, wenn die Fläche
des offenliegenden Segments 13a so begrenzt ist, daß
die Bildung eines Wulstes des Dichtungselastomers,
welches die die Basis des Schlitzes 30 bildende Wand
30a berührt, vermieden wird, weil dies ein Kleben des
Ventils bewirken könnte. Folglich kann bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Basiswand
30a des Schlitzes im wesentlichen parallel zur Achse
A des Ventils verläuft, ein Öffnungswinkel von 45º
oder sogar mehr toleriert werden. Somit wird
bevorzugt, daß die Fläche des offenliegenden Segments 13a
und die Steifheit des Materials der Dichtungsscheibe
13 im wesentlichen so ausgewählt sind, daß die
Bildung eines Wulstes aus Dichtungsmaterial, welcher die
die Basis des Schlitzes 30 bildende Wand 30a berührt,
vermieden wird.
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Die nach innen gerichtete Basis 30a des Schlitzes 30
kann in dem in Fig. 3 dargestellten Schnitt gekrümmt
ausgebildet sein, ist aber vorzugsweise, und wie
dargestellt, im wesentlichen eine ebene Oberfläche, die
parallel zu einer Tangente an die Dichtungsscheibe 13
liegen kann, und wie dargelegt, liegt diese Basis in
der Nähe von oder vorzugsweise innerhalb der
Peripherie der Scheibe 13.
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Bei einer solchen Konstruktion liegt der Rand 14 des
Plungerkolbens direkt auf dem Ventilsitzabschnitt 6
nur in jenen Bereichen des Sitzabschnittes 6 auf, die
innerhalb der Wandabschnitte 31 liegen. Durch diese
Maßnahme wird erreicht, daß, wenn sich der
Plungerkolben 10 vor Öffnung des Ventils anhebt, wobei die
Dichtung 13 vom Sitz 5 abgehoben wird, das Fluid sehr
leicht hinter den Ventilsitz und in die Auslaß- oder
Entlüftungsöffnungen strömen kann, welche durch die
weggeschnittenen Bereiche bei 30 gebildet werden,
wobei die Durchflußbehinderung minimal ist. Dies
begünstigt bei dem vorgegebenen eingestellten Öffnungs
druck ein rasches Öffnen des Ventils und einen
raschen Durchfluß.
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Obwohl die innere Basis des Schlitzes 30 als eben
beschrieben wurde, kann sie leicht konkav oder konvex
gekrümmt ausgebildet sein je nach dem
Schneidverfahren, das zur Herstellung der Auslaßschlitze im
Ventilgehäuse 11 verwendet wird. Bei einer besonders
bevorzugten dargestellten Ausführungsform kann ein
hexagonal gestaltetes Ventilgehäuse drei
eingeschnittene Auslaßschlitze besitzen, so daß die Basis des
Schlitzes im wesentlichen Teil eines gleichseitigen
Dreiecks ist, das abgeschnittene Ecken besitzen kann
oder auch nicht. Eine solche Anordnung hat den
Vorteil, daß die Kontaktflächen zwischen dem
Plungerkolben und dem Sitz im Bereich zwischen den Schlitzen
ziemlich groß sind und sie sind in der Tat viel
breiter als die nicht existierende oder sehr enge
Kontaktf läche an der Basis jedes Schlitzes. Hierdurch
wird jedes Beschädigen oder Abgraten bei einem harten
Ventilschließen vermieden, das auftreten kann, wenn
ein Sicherheitsventil bei einem schnellen Druckabfall
in dem gesteuerten Fluid in eine auf dem Sitz ruhende
Stellung schnappt. Deshalb besitzt, obwohl ein
Sicherheitsventil nach der vorliegenden Erfindung
normalerweise mindestens zwei Auslaßöffnungen hat, das
dargestellte Ausführungsbeispiel drei derartige
Öffnungen.
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Bei einer alternativen Konstruktion liegt im
geschlossenen Zustand des Ventils der Plungerkolbenrand
14 direkt auf der ganz um die emporragende V-förmige
Lippe 4 herumgeführte Ventilsitzfläche 6 auf und in
den Bereichen, in welchen die Basen der
Auslaßschlitze der äußeren Peripherie der Dichtungsscheibe
13 am nächsten kommen, liegt die Zone, in welcher die
Breite der Kontaktfläche zwischen dem
Plungerkolbenrand 14 und dem ringförmigen Sitzabschnitt 6 in der
geschlossenen Stellung des Ventils am kleinsten ist.
Für ein Ventil mit einem Dichtungsdurchmesser von 40
bis 60mm kann diese minimale Breite beispielsweise
0,5mm betragen, und von dieser Position aus
vergrößert sich die Breite progressiv entlang dem Umfang
der Dichtung bis zu einer maximalen Breite, die durch
den Außendurchmesser des Ventilplungerkolbenrandes
14, innerhalb dessen die Dichtungsscheibe 13
angeordnet ist, bestimmt ist.
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Allgemeiner ausgedrückt heißt dies, daß in dem
ringförmigen Bereich, in welchem die flache ringförmige
Stirnfläche des Plungerkolbens (10) in direktem
Kontakt mit dem flachen ringförmigen Flächenabschnitt
(6) des Ventilsitzes (5) steht, ein solcher Bereich,
in dem der besagte direkte Kontakt stattfindet, eine
radiale Breite besitzt, die etwa gleich 1,5% des
Radius der Dichtung 13 beträgt.
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Ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist auch in
Fig. 2 dargestellt, indem, obwohl die Fläche der
Dichtung, die der Lippe 4 des Ventilsitzes 5
gegenüberliegt, bündig und co-planar mit dem ganz
umlaufenden, flachen, ringförmigen Kopfrand 14 des
Plungerkolbens liegt, und obwohl dieser Flächenteil der
Dichtung die Ausnehmung des Plungerkolbens in diesem
Flächenbereich voll ausfüllt, trotzdem die Dichtung
innerhalb der Ausnehmung des Plungerkolbens sich
verjüngend ausgebildet ist derart, daß die Basisregion
der Ausnehmung nicht vollständig ausgefüllt ist.
Somit ist, wie dargestellt, die Dichtung 13 als eine
kegelstumpfförmige Scheibe ausgebildet. Im Gegensatz
hierzu könnte die Dichtung als Scheibe ausgebildet
sein, aber mit zylindrischen Seitenf lächen, und die
Ausnehmung 14 könnte an ihrer Basis erweitert sein.
Oder wiederum könnte die Basis der Ausnehmung 12
leicht gekrümmt ausgebildet sein. Der Zweck jeder
dieser Maßnahmen besteht darin, an der Basis der
Ausnehmung 14 einen Raum freizulassen, in welchen sich
das elastomere Material, aus dem die Dichtung 13
besteht, hineinbewegen kann, wenn die Dichtung
deformiert
wird, wenn die Sitzlippe 4 sich in Wirklichkeit
in sie hineinbewegt und ihr passives oder im
natürlichen Zustand spannungsfreies Profil aufstaucht.
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Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der nunmehr
vorgeschlagenen Ausbildung des Sitzes und der Dichtungsan-
Ordnung besteht darin, daß kein Teil der Dichtung 13
in den zylindrischen Teil der Einlaßbohrung 2, die
zur Lippe 4 des Sitzes 5 führt, eindringt, wenn sie
in der geschlossenen Stellung des Ventils deformiert
wird. Das Verhalten der Teile des Ventilsitzes und
der Dichtungsanordnung ist derart, daß, weil das
Elastomer mit der inneren konischen Oberfläche der Lippe
4 in Kontakt kommt, nur die Ablösung zwischen diesen
Oberflächen von Bedeutung ist, und es für die
Dichtung nicht möglich ist sich so zu verhalten, daß sie
in irgendeinem signifikanten Ausmaß in irgendeinen
zylindrischen Bereich, welcher Teil der Einlaßbohrung
2 des Sicherheitsventils ist, hineinragt. Zu diesem
Zweck wird vorgezogen, daß die axiale Länge des
konischen Durchlaßabschnitts 3 der Bohrung 2 mindestens
dem 1,25-fachen der Höhe des Herausragens der Lippe 4
aus dem Sitzflächenabschnitt 6 des Ventils
entspricht.
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Das beim Öffnen des Ventils geforderte, saubere
Abheben wird teilweise durch die Tatsache begünstigt, daß
der Kopfrand 14 des Plungers eine flache ringförmige
Oberfläche aufweist, die bündig mit der
Dichtungsoberfläche der Scheibe 13 liegt. Dies ergibt eine
gute aerodynamische Strömung, wenn das Fluid beginnt
hinter die emporragende Lippe 4 auszuströmen, und
diese gute Strömungscharakteristik hilft beim Anheben
des Plungerkolbens, wenn das Ventil öffnet.
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Die Merkmale der oben beschriebenen Erfindung lösen
drei Hauptaufgaben:
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1. Das Eindringen der Sitzlippe 4 in die elastomere
Dichtung 13 wird durch einen Anschlagmechanismus
des Plungerkolbenrandes 14, der an den
Sitzflächenabschnitt 6 anschlägt, begrenzt. Es wird
bevorzugt, daß dieser direkte Kontakt zwischen der
Stirnfläche des Plungerkolbens und dem
Sitzabschnitt 6 diskontinuierlich ist, was ein schnelles
Abheben begünstigt, wenn der eingestellte
Abblasdruck erreicht ist.
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2. Außerhalb des Dichtungsbereiches (indem die
Sitzlippe 4 der Dichtung 13 anliegt) wird das
elastomere Dichtungsmaterial in der geschlossenen
Stellung des Ventils stark eingezwängt und durch
metallische Oberflächen abgestützt (der am
Sitzflächenabschnitt 6 des Ventilsitzes 5 anliegende
Plungerkolbenrand 14) und so bleibt nur wenig von
dem elastomeren Material unabgestützt, so daß kein
Teil des Elastomers nach außen gequetscht wird zur
Bildung eines unter hoher Spannung stehenden
Wulstes, der in einem offenen Fluidstrom beschädigt
werden könnte; oder der zu einem Kleben und
Anhaften am Ventilsitz führen könnte.
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3. An der Innenseite der dichtenden Sitzlippe 4
erfolgt der Kontakt zwischen dem elastomeren
Dichtungsmaterial und dem Sitz (der gewöhnlich aus
Netall wie Messing, aber möglicherweise aus
verstärktem Kunststoffmaterial bestehen kann) ganz an
einer geneigten konischen Fläche des sich
verjüngenden Bereichs 3, so daß sich die Dichtung 13
sofort ablöst, wenn der Plungerkolben 10 sich
anhebt, d.h. es tritt eine sofortige Trennung
zwischen dem Ventilsitz und der Dichtung auf.
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Dies wäre nicht der Fall, wenn es der elastomeren
Dichtung im geschlossenen Zustand möglich wäre,
sich in den zylindrischen Teil der
Ventileinlaßbohrung 2 hineinzuerstrecken, wie oben
beschrieben, so daß bei einem Anfangshub des
Plungerkolbens 10 ein Gleiten zwischen dem Dichtungsmaterial
und der Bohrung stattfinden könnte. Eine solche
Gleitbewegung könnte zu beträchtlichen
Reibungskräften führen, die ein Ventilkleben und einen
unregelmäßigen Funktionsablauf beim Ventilöffnen
bewirken können.
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4. Die oben beschriebenen Merkmale begünstigen
einerseits eine zuverlässige fluiddichte Abdichtung,
wenn das Ventil geschlossen ist und andererseits
stellen sie ein sauberes Abheben bei präzise
vorgegebenen oder eingestellten Abblasdrucken sicher,
wenn die Fluidkräfte soweit ansteigen, daß sie die
auf den Ventilplungerkolben wirkende Federkraft
ausgleichen; und diese Merkmale werden sogar nach
ausgedehnten Zeiträumen aufrechterhalten, in denen
kein Fluiddruck auf die Dichtung wirkt und diese
nur der Federkraft ausgesetzt ist.
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Versuche haben gezeigt, daß ein Sicherheitsventil mit
diesen Merkmalen zuverlässig arbeitet, seinen
eingestellten Druck sogar nach langer Lagerung
aufrechterhält, eine beträchtliche Auslaßkapazität aufweist und
besonders wirtschaftlich in der Beschaffung und der
Herstellung ist. Weitere vorteilhafte Merkmale sind
weiter oben beschrieben worden.