-
Ventil, insbesondere Sicherheitsventil für kleine und mittlere Drücke
Die Erfindung betrifft Ventile, insbesondere die Sicherheitsventile für niedrige
und mittlereDrücke, und zwar im besonderen, jedoch nicht ausschließlich, die Ventile,
welche an Flüssigkeiten mit hoher Dampfspannung enthaltenden Reservoiren benutzt
werden und den Atmungsvorgang derselben steuern sollen, d. h. die Abfuhr einer gewissen
Dampfmenge in die Atmosphäre während der Füllung oder bei einer Temperaturerhöhung
und umgekehrt die Ansaugung von Atmosphärenluft während einer Entleerung oder einer
Temperatursenkung.
-
Es sind bereits zahlreiche Ausführungsformen von geeichten Ventilen
bekannt, welche sich öffnen, wenn der Unterschied zwischen dem Innendruck und dem
Außendruck einen gewissen Wert übersteigt. In gewissen Fällen, z. B. wenn es sich
um Benzinreservoire od. dgl. handelt, ist es wichtig, den das Arbeiten des Ventils
steuernden Druckunterschied so klein wi-e möglich zu machen, um die Sicherheit des
Reservoirs gegen jede mechanische Zerstörung durch den Unterschied des Innen- und
Außendrucks zu gewährleisten und gleichzeitig übertriebene Verluste an Dampf des
in dem Reservoir enthaltenen Stoffes zu verhindern. Wenn nun nach der Öffnung des
Ventils unter der Einwirkung eines inneren Überdrucks die gasförmige Phase der in
dem Reservoir enthaltenen Flüssigkeit durch das Ventil ausströmt, ist dieses nicht
nur dem in dem Reservoir herrschenden statischen Druck ausgesetzt, sondern auch
dem dynamischen Druck, welcher von der in Bewegung befindlichen Gasmasse ausgeübt
wird. Infolgedessen ist der für die Rückkehr des Ventils in seine Schließungsstellung
erforderliche Druckunterschied erheblich größer als der seine Öffnung bewirkende,
was unerwünschte Verluste verursacht.
Das erfindungsgemäße Ventil,
bei welchem die erwähnte dynamische Wirkung wenigstens teilweise aufgehoben wird,
enthält außer dem üblichen Verschlußorgan, welches je nach der Größe und dem Sinn
des Unterschieds der auf seinen beiden Seiten herrschenden Drücke auf seinen Sitz
gedrückt oder von diesem abgehoben wird, eine Anordnung von Teilen, welche eine
Strahlpumpe oder einen Ejektor bildet und von dem durch das Ventil ausströmenden
Strömungsmittel durchströmt wird, wobei diese Anordnung so ausgebildet ist, daß
der so erzeugte Unterdruck auf einen mit dem Verschlußorgan fest verbundenen Teil
so einwirkt, daß auf das Verschlußorgan eine Kraft in der Schließungsrichtung ausgeübt
wird.
-
Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist der konvergierende-divergierende
Durchlaß der einen Ejektor bildenden Anordnung in einem mit dem Verschlußorgan fest
verbundenen Teil angebracht, welcher in einer mit dem zu kontrollierenden Reservoir
in Verbindung stehenden ringförmigen Kammer untergebracht ist und eine äußere ringförmige,
von dem Verschlußorgan entfernte Randleiste trägt, wobei die Gesamtanordnung so
ausgebildet ist, daß der in der ringförmigen Kammer durch das Ausströmen des Strömungsmittels
durch den konvergierenden-divergierenden Durchlaß geschaffene Unterdruck auf die
Randleiste in dem Sinn der Zurückführung des Verschlußorgans auf seinen Sitz wirkt.
-
Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist das erfindungsgemäße
Ventil mit einem Ventil beliebiger Bauart, insbesondere einem doppelt wirkenden
Ventil, kombiniert, welchem es als Steuerventil oder Relais dient.
-
Die Erfindung ist nachstehend beispielshalber unter Bezugnahme auf
die Zeichnung erläutert. Abb. i zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil;
Abb.2 zeigt die Kombination eines erfindungsgemäßen Ventils mit einem Atmungsventil
für Benzinbehälter od. dgl.
-
In Abb. i bezeichnet i den oberen Teil eines Behälters oder Reservoirs,
welches entweder einen gasförmigen Stoff unter Druck oder eine Flüssigkeif mit hoher
Dampfspannung enthält. Über diesem Teil i befindet sich ein Gehäuse 2, welches mit
der Außenluft durch eine Öffnung 3 in Verbindung steht. Im Innern des Gehäuses 2
ist die I Wand i mit einem rohrförmigen Ansatz 4 versehen, welcher an seinem oberen
Teil einen Sitz 5 für ein Ventil 6 bildet, welches durch eine sich auf dem Deckel
8 des Gehäuses 2 abstützende Druck- I feder 7 auf diesen Sitz gedrückt wird.
-
Erfindungsgemäß ist das Ventil 6 mit einem rohrförmigen Teil 9 verbunden,
welcher eine durch radial divergierende Durchlässe ii fortgesetzte konvergierende
Bohrung io aufweist.
-
Ein in die konvergierende Bohrung iomündender Stutzen 12 stellt eine
Verbindung zwischen dem von der Wand i begrenzten Behälter und dem Innern des rohrförmigen
Ansatzes 4 her. An dem rohrförmigen Teil 9 ist außen eine ringförmige Randleiste
13 vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel ist der Durchmesser dieser Randleiste
f kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen I Ansatzes 4, so daß ein Spiel
14 zwischen dieser Randleiste und der Innenwand des Ansatzes .I besteht.
-
Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermaßen Infolge des Vorhandenseins
der Öffnung 3 ist der im Innern des Gehäuses 2 herrschende Druck i gleich dem Atmosphärendruck.
Die Oberseite des Ventils 6 ist gleichzeitig diesem Druck in dem Gehäuse 2 und der
Kraft der Feder 7 unterworfen, während dieUnterseite desselben dem in dem durch
die Wand i begrenzten Behälter herrschenden und sich durch den Stutzen 12, die Bohrung
io und die Durchlässe i i bis ins Innere des rohrförmigen Ansatzes 4 fortpflanzenden
Druck ausgesetzt ist.
-
Normalerweise nimmt das Ventil die in Fig. i dargestellte Stellung
ein, in welcher es auf seinen Sitz gedrückt ist und so die Verbindung zwischen der
Atmosphäre und dem Behälter unterbricht.
-
Wenn der in dem Behälter herrschende Druck um einen durch die Kenngrößen
der Feder 7 bestimmten Betrag größer als der Atmosphärendruck ist, wird das Ventil
6 von seinem Sitz 5 abgehoben. Das in dem Behälter enthaltene gasförmige Mittel
strömt dann durch den Stutzen 12, die konvergierende Bohrung io, die Durchlässe
i i, das Innere des Gehäuses 2 und die Öffnung 3 ins Freie. Die in Bewegung befindliche
Gasmasse übt auf das Ventil 6 eine dynamische Kraft in der Öffnungsrichtung aus.
Andererseits erzeugt das Ausströmen der Gase durch die konvergierende Bohrung io
nach dem Prinzip der Strahlpumpe oder eines Ejektors einen Unterdruck in dem rohrförmigen
Ansatz 4, wodurch in dem Ringraum zwischen dem rohrförmigen Ansatz 4 und dem rohrförmigen
Körper 9 eine Strömung in der Richtung des Pfeils i 5 erzeugt wird. Diese Strömung
übt auf die Randleiste 13 eine Kraft aus, welche in dem Sinn einer Rückführung des
Ventils 6 auf seinen Sitz wirkt. Bei geeigneter Bemessung der Anordnung kann man
die wenigstens teilweise Aufhebung der in der Öffnungsrichtung des Ventils wirkenden
dynamischen Kraft durch die soeben erwähnte Saugwirkung erhalten. Dies gestattet
die Erzielung einer großen Genauigkeit beim Arbeiten des Ventils und eine Verringerung
des die Schließung bewirkenden Druckunterschieds auf einen Kleinstwert, so daß Verluste
bei einer Entlastung vermieden werden.
-
Abb.2 zeigt die Kombination eines Ventils der oben beschriebenen Bauart
mit einem Atmungsventil für Flüssigkeiten mit hoher Dampfspannung. z. B. Benzin
od. dgl., enthaltende Vorratsbehälter, wobei das erfindungsgemäße Ventil als Steuerventil
oder Relais für das Hauptventil dient.
-
Das dargestellte Atmungsventil weist einen zweiteiligen Hohlkörper
16, 17 auf, welcher mit einem mittleren Stutzen versehen ist, welcher mittels eines
Gewindes i9 auf den zu kontrollierenden Vorratsbehälter aufgeschraubt werden kann.
An
seinem oberen Teil bildet der Stutzen 18 einen Sitz 2o für eine Membran 2i, welche
an ihrem Außenrand zwischen den Bestandteilen 16 und 17 des Ventilkörpers und in
ihrer Mitte zwischen zwei Scheiben 22 und 23 eingespannt ist, welche durch einen
von einem mittleren Kanal 25
durchbohrten Gewindestöpsel24 zusammengehalten
werden. Es ist zu bemerken, daß der Durchmesser der oberen Scheibe 22 größer als
der des Sitzes 20 ist. Auf der oberen Scheibe 22 kann ein Belastungsgewicht 26 vorgesehen
werden.
-
Der obere Teil 17 des Gehäuses des Atmungsventils trägt das Gehäuse
2 des Steuerventils. Die zwischen diesem Gehäuse und dem rohrförmigen Teil .4 gebildete
Kammer 28 ist durch einen Kanal 27 mit der ringförmigen Öffnung 18U verbunden, welche
in dem Teil 16 des Gehäuses des Atmungsventils vorgesehen ist und ins Freie mündet.
-
Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn zunächst angenommen
wird, daß ein leichter Überdruck in dem mit der betrachteten Vorrichtung versehenen
Vorratsbehälter herrscht, so pflanzt sich dieser auf die Bohrung 1811 des Stutzens
18 und durch den Kanal 25 auf die Kammer 29 und von dieser durch den Stutzen 12
ins Innere des rohrförmigen Teils q. des Steuerventils fort. Solange dieserDruck
nicht einen durch dieEichung der Feder 7 bestimmten Wert übersteigt, bleibt das
Ventil 6 auf seinen Sitz 5 gedrückt.
-
Wie oben ausgeführt, gleichen sich die in der Bohrung i8a und der
Kammer 29 herrschenden Drücke infolge des Vorhandenseins des Kanals 25 aus, da aber
die Oberfläche der Scheiben 22 größer als die von dem Sitz 2o begrenzte Fläche ist,
ist die auf die obere Scheibe22 ausgeübte Kraft größer als die auf die Unterseite
der Membran 21 ausgeübte.
-
Infolgedessen wird die Membran 21 auf ihren Sitz 20 gedrückt, und
zwar mit einer um so größeren Kraft, je größer der Druck in dem zu kontrollierenden
Vorratsbehälter ist, so daß eine tadellose Dichtigkeit erzielt wird.
-
Wenn der Überdruck im Innern des zu kontrollierenden Vorratsbehälters
den durch die Eichung der Feder 7 bestimmten Wert übersteigt, wird das Ventil 6
von seinem Sitz abgehoben, wodurch die Kammer 29 über den Stutzen 12, die Bohrung
io, die Durchlässe i i, die Kammer 28, den Kanal 27
und die Öffnung
18b mit dem Außenraum in Verbindung gesetzt wird.
-
Der hierdurch in der Kammer 29 erzeugte Druckabfall gestattet dem
in dem Stutzen i8a herrschenden Druck, die Membran 21 anzuheben, wodurch eine Verbindung
zwischen dem Stutzen 18a und dem Außenraum über die Öffnung i8b hergestellt wird,
was die gewünschte Entlastung bewirkt.
-
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Querschnitt des Kanals 25
zweckmäßig etwas kleiner als der des Stutzens 12 und der Durchlässe io, ii. In diesem
Fall ist der sich in der Kammer 29 ausbildende Druck etwas kleiner als der in dem
Stutzen 18a herrschende. Das Steuerventi16 arbeitet dann in der unter Bezugnahme
auf Abb. i beschriebenen Weise, d. h. solange der in der Kammer 29 herrschende Druck
größer als ein durch die Eichung der Feder 7 bestimmter Wert ist, bleibt das Ventil
offen, wobei die dynamische Wirkung der in Bewegung befindlichen Gasmassen in der
unter Bezugnahme auf Abb. i erläuterten Weise durch die Saugwirkung kompensiert
wird, welche durch die durch den Stutzen 12, die konvergierende Bohrung io und die
radialen Durchlässe i i gebildete Anordnung erzeugt wird und auf die ringförmige
Randleiste 13 wirkt.
-
Wenn infolge der Öffnung der Membran 2i der Druck im Innern des zu
kontrollierenden Vorratsbehälters oder vielmehr in der Kammer 29 auf den gewünschten
Wert gesunken ist, wird das Ventil 6 durch die Feder 7 auf seinen Sitz gedrückt,
wodurch die Kammer 29 von dem Außenraum getrennt wird. Infolgedessen steigt der
Druck in dieser Kammer auf den Wert des in dem Stutzen i8a herrschenden Drucks an,
wodurch die Membran 21 auf ihren Sitz 2o gedrückt wird, da, wie oben ausgeführt,
die Oberfläche der Scheibe 22 größer als die von dem Sitz 2o begrenzte Fläche ist.
-
Aus obigem geht hervor, daß das Arbeiten der Membran 21 nicht unmittelbar
durch den Druck im Innern des zu kontrollierenden Vorratsbehälters gesteuert wird,
sondern durch das Arbeiten des Steuerventils 6, welches, wie oben ausgeführt, infolge
der Aufhebung der dynamischen Wirkung der in Bewegung befindlichen Gasmasse sehr
genau gemacht werden kann.
-
Wenn in dem Vorratsbehälter ein Unterdruck herrscht, ist der in der
Kammer 29 herrschende Druck kleiner als der durch die Öffnungen i8b auf die Unterseite
der Membran 21 wirkende Atmosphärendruck, so daß die Membran angehoben wird und
die Verbindung zwischen dem Stutzen 1811 und dem Außenraum herstellt, so daß die
Außenluft in den Vorratsbehälter eindringen und den vorhandenen Unterdruck ausgleichen
kann. Sobald dies stattgefunden hat, wird die Membran 21 infolge des Unterschieds
der Querschnitte der Scheibe 22 und des Sitzes 20 wieder auf seinen Sitz 20 gedrückt,
wie oben ausgeführt. Es ist zu bemerken, daß das Steuerventil 6 nicht in Tätigkeit
tritt, sondern auf seinen Sitz gedrückt bleibt, wenn das Atmungsventil infolge des
Vorhandenseins eines Unterdrucks arbeitet.