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Rücktrittssicherung, insbesondere für Schweiß-, Schneid- und Lötbrenner
Die Erfindung betrifft eine Rücktrittssicherung mit zwei voneinander unabhängigen
Rückschlagventilen, von denen dis - erste, dauernd unter einer seiner Öffnung entgegenwirkenden
Kraft stehende Ventil die zu sichernde Leitung abschließt, während das zweite, während
der Strömung-beim Betriebe gleichfalls durch eine . bestimmte Kraft dauernd geschlossen
gehaltene .Ventil ins Freie mündet. Diese bekannte Rücktrittssicherung ist für Schweiß-;
Schneid- und Lötbrenner vorgeschlagen worden. Bei dieser bekannten Rücktrittssicherung
entsteht durch den zurückgedrängten Sauerstoff in dem Raum zwischen dem Abstellhahn
des Brenners und dem Einlaßventil ein Überdruck, der bewirkt, daß das erste Ventil
.geschlossen und das zweite Ventil geöffnet wird. Dieser Überdruck muß größer sein
als der das Einlaßventil öffnende Betriebsdruck. Infolgedessen wird bei der bekannten
Sicherung ein Zurücktreten eines Mediums, z. B. des Sauerstoffs, während des labilen
Gleichgewichtszustandes des Einlaßventils nicht verhindert. Gerade hierin liegt
der Grund, daß auch die übrigen üblichen Rückschlagventile nicht zur vollkommenen
Verhinderung des Rückströmens von Gasen oder Flüssigkeiten (Medien) genügen, -`wenn
der Druck des rückströmenden Mediums (Rückdruck) den Druck des zur Verbrauchsstelle
fließenden Mediums (Zuströmdruck) erreicht oder ihn nur wenig übersteigt. In diesem
Fall tritt der erwähnte labile Gleichgewichtszustand des üblichen Rückschlagventils
und damit ein Flattern oder Schweben der Ventilscheibe ein. In der Praxis kann das
zurückströmende Medium das gleiche sein wie das Betriebsmedium. Es kann aber auch
ein anderes Medium z*Urücks tr »ömen, z. B. Sauerstoff bei Schweiß- und Schneidanlagen.
Der Vorschlag, zwei starr miteinander verbundene Ventile derart anzuordnen, daß
das eine Ventil sich früher öffnet als das andere Ventil sich schließt, konnte die
Nachteile der bekannten Rücktrittssicherungen nicht beseitigen, weil bei der erwähnten
Anordnung der Öffnungswiderstand des zweiten Ventils nicht regelbar ist. Insofern
fehlt also dieser bekannten Einrichtung das Grundmerkmal
des Erfindungsgegenstandes,
nämlich daß beide Ventile unabhängig voneinander arbeiten können, und daß die Schließkraft
mindestens des einen Ventils regelbar ist, so daß sie in jedem einzelnen Falle in
völliger Unabhängigkeit vom ersten Ventil so eingestellt werden kann, daß das regelbare
Ventil bei einem Druck öffnet, der wenig über dem Rückdruck und ausreichend über
dem Zuströmdruck liegt.
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Hierin liegt das grundsätzliche Merkmal des Erfindungsgegenstandes,
nämlich daß das zweite Ventil hinsichtlich seiner Abmessung und seiner Schließkraft
so eingestellt ist, daß es öffnet, bevor der Rückdruck die Höhe des Zuströmdruckes
erreicht. Hierdurch wird der wesentliche Fortschritt erzielt, daß mit Sicherheit
der Rücktritt eines Mediums an dem ersten die zu sichernde Leitung abschließenden
Ventil vorbei verhindert wird, und zwar insbesondere während des labilen Gleichgewichtszustandes
dieses Ventils.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen von Rücktrittssicherungen'
gemäß der Erfindung rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Abb. i die grundsätzliche
Anordnung, Abb.2 eine Ausführungsform mit durch eine Membran gebildetem ersten Rückschlag-%-entil,
' Abb.3 eine Ausführungsform mit durch eine Membran gesteuertem ersten Rückschlagv
entil und Abb.4 eine Ausführungsform mit durch zwei Membranen gesteuertem ersten
Rückschlagv entil.
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Gemäß Abb. i strömt das Medium, z. B. ein Gas, in Richtung des Pfeiles
durch die Leitung i, welche von einem Ventil 2 beliebiger Bauart abgeschlossen werden
kann, in die Leitung 3,,welche zur Verbrauchsstelle führt. In der Leitung 3 ist,
zweckmäßig in der Nähe des Ventils 2, ein zweites Rückschlagventil4 beliebiger Bauart
angeordnet, welches ins Freie mündet.
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Tritt in der Leitung 3 in Richtung des Pfeiles ein Rückstrom auf,
so wirkt der Rückdruck auf das Ventil 2. Das Ventil 2 würde erst geschlossen werden,
wenn der Rückdruck in der Leitung 3 den Druck in der Leitung i erreicht oder übersteigt.
Es würde dann also zunächst der bekannte labile Gleichgewichtszustand des Ventils
2 eintreten.
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Um zu erreichen, daß der labile Gleichgewichtszustand des Ventils
2 bereits bei einem Rückdruck eintritt, welcher wesentlich unter dem Druck in Richtung
des Pfeiles in der Leitung i liegt, steht das Ventil 2 dauernd unter einer der Betriebsströmungsrichtung
entgegenwirkenden hinreichend großen Kraft. Diese bekannte Anordnung schützt theoretisch
zwar vor Rücktritt eines 1vIediums auch während des labilen Gleichgewichtszustandes
des ersten Rückschlagventils, da in diesem Zustande der Druck in der Leitung i höher
ist als in .der Leitung 3 und somit wohl ein Strömen von Leitung i in Leitung 3,
nicht aber umgekehrt möglich ist, sofern das Ventil unter der Wirkung der erwähnten
Kraft absolut dicht schließt.
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In der Praxis läßt sich dieser Schutz aber nicht mit Sicherheit erreichen,
weil das dichte Schließen des Ventils in Frage gestellt werden kann, z. B. durch
Klemmen des Ventils, durch Unebenheiten oder Beschädigungen des Ventilsitzes, durch
Festsetzen von Fremdkörpern zwischen Ventil und Ventilsitz, durch Undichtigkeit
des etwa aus Gummi bestehenden Ventilsitzes, insbesondere durch Alterung u. dgl.
Solche Ventilschäden können während des Betriebes nicht erkannt werden, so daß ein
Medium dauernd unbemerkt zurückströmen kann.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird das Rückschlagventil 4 so eingestellt,
daß sein Üffnungswiderstand etwa dem spezifischen Rückdruck entspricht, bei dein
ein labiler Zustand des ersten Ventils 2 eintritt. Beträgt z. B. der Druck in der
Leitung i bei geschlossenem Ventil e o,5 kg/cm= und entspricht die auf das Ventil
e dauernd wirkende, der Betriebsströmungsrichtung entgegengesetzte Kraft einem Druck
von o,o5 kg/cm, so tritt der labile Gleichgewichtszustand des Ventils 2 bereits
ein, wenn der Rückdruck in der Leitung 3 auf o,45 kg/cin°-ansteigt.
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Ist nun der öffnungswiderstand des zweiten Rückschlagventils 4 etwa
0,45 kg/cm°-, so öffnet sich dieses ins Freie mündende Ventil, wenn das erste Ventil
2 seinen labilen Gleichgewichtszustand erreicht. Wegen des höheren Druckes in der
Leitung i strömt das zurücktretende Medium also durch das Ventil 4 ins Freie.
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Die Ausführungsform gemäß Abb. i ist nur in den Fällen verwendbar,
wo ein genügender Betriebsströmungsdruck zum Anheben des Ventils .2 zur Verfügung
steht und wo der damit verbundene Strömungsverlust in Kauf genommen werden kann.
In anderen Fällen müssen zum Anheben des Ventils besondere Hilfsmittel Verwendung
finden.
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So zeigt z. B. die Ausführungsform gemäß Abb. 2 eine Rücktrittsicherung
nach der Erfindung, bei welcher das Ventil e aus einer Membran besteht, welche durch
eine schematisch als Gewicht 5 dargestellte Kraft belastet ist. Das Medium strömt
durch die Leitung i über die Umleitung 6 zur Leiturig 3. Das zweite Rückschlagventil
4 ist zweckmäßig in der L'inleitung 6 in der Nähe des mit dein
Gewicht
5 belasteten Ventils angeordnet. Bei Membranen aus Gummi oder ähnlichen Stoffen
besteht die Gefahr des- Undichtwerdens, insbesondere durch Altern; in diesem Falle
könnte ein Medium unbemerkt zurücktreten. Hiergegen schützt die erfindungsgemäße
Anordnung des Rückschlagventils q. ebenso wie gegen .einen Rücktritt infolge der
vorher erwähnten Ventilschäden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb.3 strömt das Betriebsmedium durch
die Leitung i in eine Kammer ein, welche oben durch eine Membran 2b und unten durch
eineVentilscheibe 2" abgeschlossen ist. Die Ventilscheibe 2a ist mit der Membran
2 gekuppelt.
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Durch den Druck des Betriebsmediuu s wird die Membran 2b gehoben,
so daß das Medium durch die Leitung 3 zur Verbrauchsstelle fließt. Die Kammer oberhalb
der Membran 2b ist durch eine Leitung 7 mit der zur Verbrauchsstelle führenden Leitung
3 verbunden. Durch das Strömen des Betriebsmediums wird oberhalb der Membran 2b
ein Unterdruck erzeugt, welcher ein weiteres Heben der Ventilscheibe 2ä bewirkt
und damit den Durchgangswiderstand verringert. Der Druckverlust kann noch weiter
dadurch verringert werden, daß das Ende der Leitung 7 als Ejektor ausgebildet wird.
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Strömt ein Medium von der Verbrauchsstelle durch die Leitung 3 zurück,
so steigt der Druck in der Kammer oberhalb der Membran 2b an. Erreicht dieser Druck
einen bestimmten Wert p, der genügt, um unter Mitwirkung der Gewichte der Membran,
der Vertindungsstange und der Ventilscheibe den Druck in der Kammer unterhalb der
Membran zu überwinden, so schließt sich, das Ventil-->". Der Druck p liegt
hierbei unterhalb des Druckes des Betriebsmediums, so daß im labilen Gleichgewichtszustand
des Ventils 2a ein Rückstrom in -die Leitung i ausgeschlossen ist. Steigt der Druck
'des rückströmenden Mediums weiter an, so wird die Membran und damit auch die Ventilscheibe
stärker nach unten gedrückt und das Ventil 2" besser abgedichtet, wenn es sich in
ordnungsgemäßem Zustand befindet.
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In gleicher Weise wie bei der Anordnung gemäß Abb.2 verhindert das
zweite Rückschlagventil q., welches zweckmäßig in der Leitung 3 in der Nähe des
Ventils 2" angeordnet ist, einen Rücktritt eines Mediums aus der Leitung 3 in die
Leitung i, wenn sich die Membran 2b und/oder das Ventil 2" nicht in ordnungsgemäßem
Zustand befinden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. q. tritt das Betriebsmedium bei
- ii in eine Kammer unterhalb einer Membran 12, strömt durch eine Uinleituhg
13 in die Kammer über der Membran 1q. und von dort zu dem Ventil 15- Infolge
der größeren Fläche der Membran 12 gegenüber der Membran 1q. wird das Membransystem
i2,. 1q. und damit auch das Ventil 15 angehoben, wenn in dem Raum zwischen beiden
Membranen ein geringerer Druck herrscht als der des Betriebsmediums. Dies ist im
Betrieb der Fall, da der Raum zwischen den Membranen 12 und i¢ durch die Leitungen
16 und 17 mit der Verbrauchsstelle in Verbindung steht. Durch das an der Anschlußstelle
der Leitung 16 an die Leitung 17 vorüberströmende Betriebsmedium tritt in .dem Raum
zwischen den Membranen i2 und 1q. sogar ein Unterdruck ein, der durch den Einbau
eines Ejektors noch verstärkt werden kann. Bei einem Rückstrom in der Leitung 17
steigt der Druck zwischen den beiden Membranen an, wodurch die Hubkraft der Membranen
vernichtet wird, so daß das Ventil 15 sich durch sein eigenes Gewicht schließt.
Die bisher beschriebene Vorrichtung ist als Teil einer Flammenrückschlagsicherung
bekannt und soll den Rücktritt von schleichendem Sauerstoff verhindern. Ihre Wirkungsweise
wird .hinfällig, wenn das Ventil 15 nicht in Ordnung ist oder eine der Membranen
r2, 14 undicht geworden ist. Letzteres ist bei der bekannten Vorrichtung um so mehr
zu befürchten, als die beiden Membranen durchbrochen sind, eine Bauart, die in notwendigem
Zusammenhang mit ihrer Verwendung als Teil einer Flammenrückschlagsicherung steht.
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Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung ist zweckmäßig in der
Leitung 17 in der Nähe des Ventils 15 das zweite Rückschlagventil 18 angeordnet,
welches ins Freie mündet und dessen Wirkungsweise die gleiche ist wie bei den Ausführungsformen
gemäß Abb. i bis 3.
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Ein besonderer Vorteil gegenüber der erwähnten bekannten Einrichtung
liegt darin, daß keine Unterbrechung der beiden- Membranen mehr erforderlich ist,
da das bei der bekannten Einrichtung unvermeidliche Flammenrückschlagventil in Fortfall
kommt. Die bekannte Vorrichtung hat den weiteren Nachteil, da13 die Membranen einem
Flammenrückschlag ungeschützt ausgesetzt sind. Dienen beim Gegenstand der Erfindung
als Ventil oder als Hubmittel für das Ventil eine oder . mehrere Membranen, so werden
sie gegen Flammenrückschlag durch eine zwischen ihnen und der Verbrauchsstelle liegende
Sicherungseinrichtung geschützt. Die Verbindung zwischen den beiden Membranen kann
beim Erfindungsgegenstand ohne ihre Durchbrechung, z. B. durch an den Membranen
sitzende Klauen, erfolgen. Die Klauen können z. B. an die Membranen anvulkanisiert
sein oder aus einem Stück mit ihnen bestehen.
Statt einfacher Membranen
können bei allen Ausführungsformen als zusätzliche Sicherung luftgefüllte Membranen
Verwendung finden, welche in der Weise wirken, daß bei Beschädigung eines Mernbranteiles
die Zuführungsleitung durch ein besonderes Ventil geschlossen wird.