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Sicherheitsabsperrorgan mit eingebautem Membran-Gasdruckregler und
Steuerrealer lin allgemeinen werden Gase der Wirtschaftlichkeit wegen am Erzeugungsort
auf einen hohen Druck gepreßt, durch Rohrleitungen zum Verbraucher geleitet und
dort auf den gewünschten Verbrauchsdruck wieder reduziert. In der Ferngasversorgung
werden Drücke bis i2 atü, bei großen Entfernungen sogar bis 4o atü erzeugt, um an
den Verbraucherstellen wieder auf einen Verbraucherdruck von 50 bis 3000
min WS gemindert zu werden.
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An die zur Verwendung kommenden Regel- und Sicherheitsorgane werden
durch die immer wieder gesteigerten Vordrücke die höchstenAnforderungen gestellt.
Diese sind: t. Sicherung gegen Durchschla-eii des holen Druckes, trotz eingebautem
Sicherheitsventil, in die für den niedrigen Druck schwächer dimensionierten Rohrleitungen,
Messer und Apparate, 2. Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung, 3. schwingungsfreies
Arbeiten, 4. Abschluß bei Nullkonsum, 5. Halten eines konstanten Hinterdruckes auch
bei starken Vordruckschwankungen und Gasmengenänderungen, 6. bei Vordruckabfall
auf Hinterdruck vollkommenes öffnen des Reglerventils, 7. Unabhängigkeit von anderen
Kraftquellen, also keine Fremdsteuerung, B. geringe Herstellungskosten.
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Keiner der im Handel angebotenen Regler genügt diesen Forderungen.
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Die bekannten Druckregler und Steuerregler haben alle den Nachteil,
daß sie bei den geringsten
Störungen am Steuerregler, die häufig
durch Verschmutzungen hervorgerufen werden, versagen und dann der volle Vordruck
auf die Reglermembranfläche einseitig zur Wirkung kommt, wodurch das Reglerventil
sich plötzlich öffnet. Noch ehe das Sicherheitsventil infolge seiner Trägheit zur
Wirkung kommt, ist der hohe Vordruck in den Niederdruckteil durchgeschlagen und
zerstört hier Regler, Messer sowie sonstige Apparaturen, die ja nur für den Niederdruck
entsprechend dimensioniert sind. Die Trägheit der Sicherheitsabsperrorgane ist bei
großen Ventilen noch durch den Einbau einer Dämpfungsmembran erhöht.
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Selbst wenn dieser Zustand auch nicht immer eintritt, so erfolgt durch
den Hinterdruckanstieg doch normalerweise ein Schließen des Sicherheitsventils.
Die Gefahren und die betriebsstörenden Folgen sind jedem Betriebsmann und den Versicherungsgesellschaften
zur Genüge bekannt.
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Durch das unerwartete Schließen des Sicherheitsventils erlöschen alle
Flammen der hinter dem Ventil angeschlossenen Verbraucher, z. B. in einem Industriebetrieb
Glüh-, Trocken-, Härteöfen usw. Vorschriftsmäßig müssen dann alle Brenner abgesperrt
sein, bevor das Sicherheitsventil wieder geöffnet wird. Diese Vorschrift findet
oft nicht genügend Beachtung, so daß sich dann beim Wiederöffnen des Sicherheitsabsperrorgans
ein explosibles Gas-Luft-Gemisch im Ofen bilden und zu großen Explosionen führen
kann. Den Versicherungsgesellschaften sind solche Fälle in großer Zahl bekannt.
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Der schwankende Hinterdruck bei ungenau arbeitenden Gasdruckreglern
und die damit verbundenen Temperaturschwankungen stellen häufig durch Qualitätminderung
die Verwendungsfähigkeit einer ganzen Ofencharge in Frage.
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In der Praxis sind zwei Druckreglerarten mit Steuerregler gebräuchlich.
Der Einsitzregler, der zwar bei Nullkonsum abschließt, jedoch infolge seiner großen
Membranflächen, die einerseits mit gesteuertem und andererseits mit ungesteuertem
Vordruck belastet sind, kommt leicht in Schwingungen, und zwar so stark, daß das
Reglerventil ganz aufreißt, wodurch dieselben schädlichen Erscheinungen auftreten
wie beim Versagen des Steuerreglers.
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Der Doppelsitzregler arbeitet zwar ruhig und genau, aber schließt
bei Nullkonsum nicht ab. Bei Verschmutzung der Ventilsitzflächen des Doppelsitzreglers
kommt es häufig vor, da ßbeigeringer Gasabnahme der Regler nicht mehr einwandfrei
arbeitet. Sobald die Gasabnahme geringer wird als das Ventil infolge Undichtigkeit
noch durchläßt, erfolgt ein Hinterdruckanstieg, der das Sicherheitsventil zur Auslösung
bringt, wodurch wieder die im vorhergehenden beschriebenen Gefahrenquellen wie beim
Einsitzregler auftreten. Beim Versagen des Steuerreglers treten auch hier wie beim
Einsitzregler dieselben Nachteile auf.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf ein in seiner Wirkungsweise bekanntes
Gassicherheitsventil, dessen Membran einerseits durch Gasdruck, andererseits durch
Federdruck oder Gewicht belastet ist und welches sich im Betriebszustand in schwebender
Lage befindet, die jedoch bei abfallendem oder steigendem Druck sich hebt oder senkt
und in bestimmten Endstellungen eine den Sicherheitsventilkegel in geöffnetem Zustand
haltende Sperrvorrichtung auslöst und so den Gasstrom absperrt.
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Erfindungsgemäß soll nun diese Membran gleichzeitig als Steuermembran
verwendet werden, und zwar derartig, daß sie in ihrer etwa mittleren Lage direkt
oder durch Hebelübersetzung ein Steuerventil betätigt, das den in ihm eingeführten
Vordruck, dem Vordruck entsprechend, gesteuert auf die Reglermembran leitet, so
daß ein konstanter Hinterdruck erzielt wird.
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Durch diese Anordnung werden eine besondere Steuermembran, das dazugehörige
Gehäuse und der Unterbau eingespart.
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Weiterhin erstreckt sich die Erfindung noch darauf, daß der Sicherheitsventilkegel
und der Reglerventilkegel die gleiche Ventildurchflußöffnung abschließen, wobei
jedoch jeder Ventilkegel gesondert betätigt wird.
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Die Vereinigung von Sicherheitsventil und Steuerregler zu einem Aggregat
wirkt sich besonders günstig bei der Unterbringung einer Regleranlage in vorhandenen,
aber beengten Räumen aus, da die Baulänge dieses Aggregates nicht größer wird als
die eines normalen Reglers. Neben den wesentlich geringeren Herstellungskosten eines
Sicherheitsreglers gemäß dieser Erfindung kommen bei Neuanlagen auch die geringeren
Gebäudekosten in Betracht.
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Die an sich bekannte Anordnung des Hebens der Sicherheitsventilmembran,
Anhebens eines auf einem Hebel sitzenden Belastungsgewichts und dadurch Auslösen
einer Sperr- oder Ausklinkvorrichtung wird erfindungsgemäß dadurch ergänzt und verbessert,
daß ein an der Ausklinkvorrichtung aufgehängtes Gewicht im Sicherungsfall ausgelöst
wird und in einemRohr geschützt liegend frei herabfällt und beim Aufschlagen auf
eine Festhaltevorrichtung den Sicherheitsventilkegel, der an einem Ende eines doppelarmigen
Hebels befestigt ist, auf den Ventilsitz drückt.
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Diese Neuei:ung hat den Vorteil, daß eine unbeabsichtigte Auslösung
des Sicherheitsventils durch Anstoß beim Hantieren im Reglerraum vermieden wird
und dadurch die bekannten Gefahrenquellen und Betriebsstörungen in Fortfall kommen.
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Die Betätigung des Sicherheitsventilkegels erfolgt im allgemeinen
über einen Drehbolzen, auf dessen Enden je ein Hebel sitzt, von denen der eine sich
im Gasdruckraum und der andere in der Atmosphäre befindet. Die Abdichtung des Druckraumes
gegenüber der Atmosphäre erfolgt durch eine Stopfbüchse, die den Drehbolzen umschließt.
Wird die Stopfbüchse nicht stramm genug angezogen, so ist sie undicht. Wird sie
zu stramm angezogen und das Sicherheitsventil lange Zeit nicht betätigt, so setzen
sich die vertikale Spindelführung sowie der Drehbolzen fest, und der eigentliche
Zweck des Ventils ist in Frage gestellt, wie die Praxis des öfteren bewiesen hat.
Auch
hier soll durch eine Verbesserung, die auch Gegenstand der Erfindung ist, Wandel
geschaffen werden.
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Ein zweiarmiger Hebel, der von der Atmosphäre in den Gasdruckraum
geht, trägt im Gasraum den Abschlußventilkegel und außen die Betätigungsstange.
In etwa der Mitte des Hebels hat dieser eine kugelige Verdickung, die in eine entsprechende
Öffnung paßt. Die die Kugel umschließende Lagerung läuft von etwa der Mitte der
Kugel nach außen schwach konisch an, so daß der Kegel mit der Kugel tangiert. Über
den im Querschnitt runden Hebel sowie über Kugel und Kegel wird ein elastischer
Schlauch gezogen, der einerseits auf den Hebel, andererseits auf den Konus durch
Gegenziehen einer Mutter oder eines Ringes gegen. den Überdruck abgedichtet wird.
Der Hebel mit dem darauf sitzenden Ventilkegel sowie der Führungsbüchse, die nach
außen flanschartig ausgebildet ist, wird durch Schrauben gegen einen Gehäuseflansch
gepreßt und so abgedichtet. Außerdem trägt der zweiarmige Hebel in dem außenliegenden
Teil einen Schlitz, der bis zum Mittelpunkt der Kugel geführt ist, zur Aufnahme
einer tragenden Schneide, die die im Innern auftretenden Druckkräfte aufnimmt.
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Hierdurch wird erreicht, daß keine gleitenden Teile imGasraum liegen
und sie dadurch gegenVerschmutzung uni Festsetzen geschützt sind und außerdem der
Hebel auf einer Schneide oder Spitze im Kugelmittelpunkt gelagert ist, wodurch mit
dem geringsten Kraftaufwand seine Betätigung erfolgt und einen vollkommenen gasdichten
Abschluß gewährleistet.
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Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf Gasregler und Sicherheitsventile,
sondern kann überall dort Anwendung finden, wo Räume von verschiedener Spannung
durch eine Wand getrennt und durch einen Hebel miteinander verbunden werden sollen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich diese ferner
auf die Anordnung der Membranen des Gasreglers und seiner Steuerventile, welche
darin besteht, daß durch eine Reglerventilspindel zwei Membranen fest miteinander
verbunden sind, von denen die eine von der Atmosphäre einerseits und andererseits
vom Hinterdruck gegen den Ventildurchfluß gerichtet beeinflußt wird, die andere
einerseits vom gesteuerten Vordruck und andererseits vom Hinterdruck beeinflußt
wird.
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Diese Anordnung gibt dem Regler die Vorzüge eines Doppelsitzreglers,
der' bekanntlich mit entlastetem Ventil arbeitet, und die des Einsitzreglers, nämlich
des absoluten Abschlusses bei Nullkonsum. Die vom Hinterdruck belastete Membran
gibt dem Regler eine konstante Belastung und verleiht ihm dadurch ein ruhiges Arbeiten.
Ferner ist die Anordnung zweier Membranen an einer Ventilspindel dadurch von großem
Vorteil, daß bei Schwingungen einer Membran diese durch das Vorhandensein einer
zweiten aufgehoben wird. Der größte Vorteil der Hinterdruckmembran ist aber der,
daß beim Versagen des Steuerreglers der Regler nicht plötzlich aufreißen kann, sondern
durch den jetzt ansteigenden Hinterdruck und erhöhten Druck auf die Membran, das
Ventil den Gasstrom drosselt. Auch beim Reißen einer Membran wird das Reglerventil
stets schließende Tendenz haben.
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Als besonders wichtiger Bestandteil der Erfindung muß die Ausbildung
des Steuerventils hervorgehoben werden, welche der Verschmutzungsgefahr wegen ohne
Ventilkegelführung ausgeführt ist. Wie schon im vorhergehenden darauf hingewiesen
wurde, ist gerade das Steuerventil mit seinen im Ventildurchlaß befindlichen Führungsrippen
sehr schnell verschmutzt und dadurch häufig Ursache von Reglerstörungen.
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Der Ventilkegel ist erfindungsgemäß an dem einen Ende eines zweiarmigen
Hebels leicht beweglich zur besseren Anpassung an die Ventilsitzflächen gelagert;
am anderen Ende erfolgt die Betätigung des Kegels. Etwa in der Mitte des Hebels
trägt dieser eine kugelige Verdickung, die in der gleichen Weise gelagert und durch
einen Schlauch abgedichtet ist, wie beim Sicherheitsventilhebel im vorstehenden
beschrieben wurde. Die Lagerung des Betätigungshebels ist nach der Außenseite des
Ventils noch durch Überstreifen einer Membran über den Hebel und im Gehäuse durch
Anpressen eines Ringes gegen Verschmutzung geschützt.
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Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auch auf die Betätigung des
Steuerventils. Eine direkte Verbindung des Steuerventilbetätigungshebels mit der
Steuermembran würde dieser nur den geringen Hub des Steuerventils gestatten, jedoch
die Betätigung des Sicherheitsventils nicht zulassen. Eine Lösung dieser Aufgabe
erfolgt dadurch, daß die Steuermembran an einen zweiarmigen Hebel angreift und beim
Absinken des Hinterdruckes ungehindert nach unten sinkt, da sich der am anderen
Ende des Hebels befindliche Steuerventilbetätigungsstößel abheben kann. Beim Ansteigen
des Hinterdruckes hebt sich die Steuermembran, der Stößel legt sich auf den Steuerventilhebel
und preßt den Ventilkegel fest auf seinen Sitz. Um nun ein weiteres Ansteigen der
Membran zur Auslösung des Sicherheitshebels zu ermöglichen, ist eine Feder zwischen
Membran und Hebel eingebaut, die es außerdem ermöglicht, durch Wahl ihrer Abmessungen
dem Ventilkegel einen sehr hohen Anpressungsdruck zusätzlich zu dem auf ihn lastenden
Vordruck zu geben.
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Sollten sich Schmutzteilchen zwischen Ventildichtflächen setzen, würde
der Hinterdruck ansteigen und die Schmutzteilchen zerdrücken oder in die elastische
Dichtung eindrücken. Ein Versagen des Ventils wird durch die erfindungsgemäße Anordnung
ausgeschlossen.
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Die bisher im Handel befindlichen Steuerreglerventile haben Kegel,
die durch eine leichte Feder angehoben und durch den auf ihnen lastenden Vordruck
abgeschlossen werden. Der Ventilanpressungsdruck ist aber immer proportional dem
Vordruck,
dagegen sind Schmutzkörnchen und Reibungswiderstände durch
Verschmutzung in der Ventilführung unabhängig vom Vordruck. Hierin ist der Hauptgrund
für das häufige Versagen der Steuerregler zu suchen.
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Weiter wird als Erfindung noch die Anordnung der Rohrleitungen in
Verbindung mit dem Steuerventil und einer Steuermembran zum Umschalten der Membranräume
in Anspruch genommen.
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Tritt z. B. der Fall ein, daß der Vordruck auf den Hinterdruck absinkt,
so muß das Reglerventil vollkommen geöffnet sein, damit die Verbraucher keinen Betriebsausfall
erleiden. In der Gasversorgung kommt es beispielsweise vor, daß der Gasdruck, der
normalerweise zwischen 2 und 6 atü schwankt, auf 300 mm WS absinkt. Braucht
nun ein Regler, wie in Prospekten angegeben, für seinen Betriebszustand 5oo mm WS,
so fällt er aus, und alle Verbraucher, die unter 500 mm WS Betriebsdruck
haben, können nicht mehr arbeiten. Erfindungsgemäß wird durch automatisches Umschalten
der Membranräume bei Druckausgleich das Reglerventil vollkommen geöffnet, und zwar
auf folgende Weise: Vom Vordruck geht eine Leitung über den Steuerregler zu den
Vordruckmembranräumen. Aus diesen führt eine Leitung zu einer Membran, die einen
zweiten Steuerregler betätigt. Der Steuerregler verbindet einmal den Membranraum
der Hinterdruckmembran mit der Atmosphäre und bei Vordruckabfall auf Hinterdruck
diesen Raum mit dem Hinterdruck, so daß alle Membranflächen ausgeglichen sind. Das
Reglerventil kann sich dann öffnen. Das Eigengewicht der Ventilspindel der Membranen
wird durch eine Feder ausgeglichen.
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Bei hohen Vordrücken ist es unzweckmäßig, die Reglervordruckmembran
ihrer Größe wegen dieser Belastung auszusetzen. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen,
in die Vordrucksteuerleitung, die also vom Vordruck zum Steuerregler führt, einen
Regler einzuschalten, der den Vordruck auf einen geeigneten Druck reduziert. Die
Vordruckreglermembran muß dann eine entsprechende Vergrößerung erfahren.
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Erwähnt sei hier noch, daß für den erfindungsgemäßen Sicherheitsregler
nicht nur wie gezeichnet, Flachmembranen zur Verwendung kommen können, sondern auch
Ringmembranen und ÄIetallfederungskörper und ähnliches.
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Als letztes wird als Erfindung die Art des Aufbaus in Anspruch genommen.
Die Reglermembranen und Steuerventile sind von einer abnehmbaren Gehäusehaube umschlossen,
die in etwa Reglerventilhöhe lösbar mit dem Unterteil verbunden ist. Dieses hat
den Vorzug, daß nach Abheben der Haube alle dem Hochdruck ausgesetzten Teile auf
Dichtheit geprüft werden können. Außerdem kann, was besonders zu werten ist, das
Steuerventil durch Betätigung des Steuerreglers von Hand auf sein einwandfreies
Arbeiten geprüft werden.
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Der Aufbau des Sicherheitsabsperrorgans kann auch ohne vorgenannte
abnehmbare Haube ausge-
| bildet werden; dann sind jedoch die Öffnungen 17 |
| und 27, der Steuerregler 15 und 24 sowie die öff- |
| nung 4 des Membranraumes 5 mit dem Hinter- |
| druckraum 3 durch Leitungen zu verbinden. |
| Zur Erläuterung der \i'irkungsweise des neuen |
| Sicherheitsabsperrorgans mit eingebautem Regler |
| und Steuerregler ist schematisch ein Ausführungs- |
| beispiel der Erfindung dargestellt. |
| Fig. i zeigt einen Uingsschnitt durch das |
| Sicherheitsventil. |
| L# ig. 2 ist ein Längsschnitt wie I,' ig. i, jedoch |
| um go° hierzu versetzt gezeichnet. |
| Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch die Lage- |
| rung des Sicherheitsventils sowie des Steuerventil- |
| hebels dar. |
| Das Gas tritt durch den Rohrstutzen i in das |
| Gehäuse ein und nimmt seinen Weg über den Ven- |
| tildurchlaß 2 zum Gehäuseaustrittsstutzen 3. Der |
| Gasdruck tritt durch die Öffnung 4 in den Mem- |
| branraum 5 ein und versucht durch Druck auf die |
| Membran 6 über die Ventilspindel 7 den Ventil- |
| kegel 8 zu schließen. Der untere Membranraum der |
| Membran 6 steht mit der Atmosphäre in Verbin- |
| dung, so daß der Hinterdruck wirksam wird. |
| Gleichzeitig fließt (las Gas über die Beeinflussungs- |
| leitung g in den Metnbranrautn io und hebt die |
| Steuermembran ii und das Belastungsgewicht 12. |
| Die Membran ii ist über den Hebel 13 und den |
| Stößel 14 mit dem Steuerventil 15 lose verbunden. |
| Ist die Hinterdruckkraft groß genug, so überwin- |
| det sie die Kraft der Feder 16, schließt die Ventil- |
| öffnung 17 ab, und der Vordruck kann über die |
| Leitungen 18 und i9 in den oberen Membran- |
| raum 20 eintreten. Jetzt wird durch die Mem- |
| bran 21 und die Membran 6 der Ventilkegel 8 |
| auf den Sitz gedrückt. Da nun kein Gas nach- |
| fließen kann und weitere Entnahme stattfindet, fällt |
| der Hinterdruck ab, die Steuermembran i i sinkt, |
| entlastet die Feder 16, der Ventilkegel 22 schließt |
| die Vordruckleitung 18 durch Federkraft ab und |
| gibt die Ventilöffnung 17 frei, so daß sich der |
| Membranraum 20 über die Steuerleitung ig ent- |
| spannen kann. Da die Vordruckkraft auf die Ventil- |
| fläche 8 die beiden Kräfte der llembranflächen 21 |
| und 6, die ja jetzt nur vom Hinterdruck beeinflußt |
| sind, überwiegt, öffnet sich das Ventil 8 wieder |
| und läßt Gas nachströmen, und (las Kräftespiel setzt |
| wieder ein, wie vorher beschrieben. |
| Im normalen Betriebszustand wird in dem Ven- |
| tilraum 23 des Steuerventils i5 ein Zwischendruck |
| entstehen, der zwischen Hinterdruck und Vordruck |
| liegt und stets dem eingestellten Hinterdruck ent- |
| sprechend dem Vordruck auf dem Ventilkegel das |
| Gleichgewicht hält. |
| Tritt jedoch der Zustand ein, daß der Vordruck |
| so weit absinkt, daß er nicht mehr in der Lage ist, |
| die auf der Membran 6 lastende Kraft zu über- |
| winden, was beispielsweise bei Abfallen des Vor- |
| druckes auf Hinterdruckhöhe eintritt, schaltet sich |
| das Steuerventil 24 automatisch ein. Am Ende des |
| Betätigungshebels befindet sich eine Steuermem- |
| bran 25, die mit dem Membranraum 21 durch die |
| Leitung 26 verbunden ist. Der hohe Druck im |
'.',lc!nliranraum hält das Ventil 17, das mit dem l linterdruck
in Verbindung steht, stets geschlossen. Der Membranraum 28 ist durch die Leitung
29 über den Steuerregler 24 und durch die Leitung 30 mit der Atmosphäre in Verbindung.
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Fällt nun der Druck im Membranraum 21 unter ein durch ein Belastungsgewicht
31 der Membran 25 bestimmtes Maß ab, so öffnet das Ventil 27 und schließt die Leitung
3o ab, wodurch der Membr,inrauin 28 über die Leitung 29 mit dem Hinterdruck verbunden
wird und ein Druckausgleich aller wirksamen Membran- und Reglerventilflächen eintritt.
Die noch resultierende Kraft aus dem Eigengewicht der Ventilspindel und der Membran
sowie der Reibung wird durch eine Feder, die nicht in der Zeichnung dargestellt
ist, aufgehoben, so daß also bei Druckausgleich der volle Ventilhub gewährleistet
ist.
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Die Wirkungsweise der Sicherheitsventilaus-Iösung ist normal und wird
als bekannt vorausgesetzt. Um das Ansteigen der Membran i i durch den Ventilsitz
17 nicht zu begrenzen, ist eine Feder 32 zwischen Membran i i und Hebel 13 geschaltet.
Das Gewicht wird durch Einwirkung der Membran i i ausgeklinkt und fällt in einemRohr34
auf einen Schlagbolzen 35, der eine Zunge auslöst und einen unter Federkraft stehenden
Bolzen 36 auslöst, wodurch die Feder 37 auf den Sicherheitsventilliebel 38 zur Wirkung
kommt und den Ventilteller 39 zum' A hschluß bringt. Das Sicherheitsventil schaltet
bei Gasmangel und Überdruck aus.
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Der Hebel 38 in Fig. 1 ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt. Über
den zylindrischen Teil sowie über die Kugel und über den Konus der Büchse 41 wird
ein elastischer Schlauch 4o gezogen und an den Enden durch Mutter 43 und Ring 44
abgedichtet. Die Öffnung 45 dient zur Einführung der Schneide -17, die im Mittelpunkt
den Hebel 38, und zwar in Kugelmitte und in Achsrichtung, unterstiitzt. bleml)ran
48 dient zur Abschirmung gegen Verschmutzung.