DE9101857U1 - Degassing valve with surge protection device for container lids - Google Patents
Degassing valve with surge protection device for container lidsInfo
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Description
Dr. Ing. Walter Frohn, 8000 München 90Dr. Ing. Walter Frohn, 8000 Munich 90
Entgasungs-Ventil mit Schwallschutzvorrichtung rür Verschlußdeckel von Behältern Degassing valve with surge protection device for closure lids of containers
Im chemischen Bereich müssen gefährliche Flüssigkeiten in Behältern gelagert bzw. transportiert werden, wobei diese Flüssigkeiten mehr oder weniger gasförmige Produkte abspalten, die den Behälter unter Druck setzen würden, wenn nicht Vorkehrungen getroffen wären, die ein Entweichen des Gases über sogenannte Entgasungsventile ermöglichen.In the chemical sector, dangerous liquids must be stored or transported in containers, whereby these liquids release more or less gaseous products that would put the container under pressure if precautions were not taken to allow the gas to escape via so-called degassing valves.
Die internationalen Transport- und Lagervorschriften lassen für gefährliche Flüssigkeiten den Transport in Kunststoff-Kanistern bis zu einem Volumen von 60 Itr. zu, wobei bei gasenden Flüssigkeiten die Verschlußdeckel der Behälter mit Entgasungsventilen ausgerüstet sein müssen.International transport and storage regulations allow dangerous liquids to be transported in plastic canisters with a volume of up to 60 liters, whereby the lids of the containers for gas-emitting liquids must be equipped with degassing valves.
Bei den Kunststoffkanistern handelt es sich in der überwiegenden Mehrzahl um dünnwandige Behälter aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE), die unter sich bis zu einer Höhe von ca. 3 m stapelbar sein müssen.The vast majority of plastic canisters are thin-walled containers made of high-density polyethylene (HDPE), which must be stackable up to a height of approx. 3 m.
Aus der Praxis ist bekannt, daß diese Kunststoffkanister ihre Form und damit ihre Stapelfähigkeit nur bewahren bis zu einem Gas-Innendruck von 0,12 bis 0,15 bar. Ab diesem Innendruck muß das Entgasungsventil im Verschlußdeckel ansprechen und das unter erhöhtem Innendruck stehende Gas ablassen.It is known from practice that these plastic canisters only retain their shape and thus their stackability up to an internal gas pressure of 0.12 to 0.15 bar. From this internal pressure, the degassing valve in the lid must respond and release the gas under increased internal pressure.
Würde ein höherer Entgasungsdruck zugelassen, so bläht der Kunststoffbehälter so weit auf, daß die für eine einwandfreie, sichere Stapelung erforderliche Formtreue von Boden und oberer Schulterfläche der Behälter nicht mehr besteht.If a higher degassing pressure were permitted, the plastic container would swell up to such an extent that the shape of the base and upper shoulder surface of the container, which is required for proper, safe stacking, would no longer be maintained.
Außerdem besteht die Gefahr des Behälterbruches, insbesondere bei gefährlichen Flüssigkeiten.There is also a risk of container breakage, especially with dangerous liquids.
Hieraus ergibt sich die Forderung,;daß das im, Verschlußdeckel untergebrachte Entgasungsventil spätestens bei einem Behälterinnendruck von 0,12 bar öffnen muß, und zwar mit einem solchen Querschnitt, der die in der Zeiteinheit entstehende Gasmenge (insbesondere bei hohen Außentemperaturen) ermöglicht.This results in the requirement that the degassing valve housed in the closure cover must open at a pressure inside the container of 0.12 bar at the latest, and with a cross-section that allows the amount of gas generated per unit of time (particularly at high outside temperatures).
Die gleichen bereits oben erwähnten international gültigen Transportvorschriften für gefährliche Flüssigkeiten lassen für die erwähnten Kunststoff-Kahister bis 60 Itr. Volumensgröße nur Verschlußdeckel mit einer maximalen Gewindegröße von 70 mm zu. Die meisten Verschlußdeckel haben nur eine solche von 60 mm.The same internationally valid transport regulations for dangerous liquids mentioned above only allow closure lids with a maximum thread size of 70 mm for the plastic containers mentioned above with a volume of up to 60 liters. Most closure lids only have a thread size of 60 mm.
Neben der druckbegrenzten Entgasung fordern die internationalen Transportvorschriften, daß das Entgasungsventil über einen Zeitraum von mindestens 5 Minuten flüssigkeitsdicht ist, wenn der befüllte Transportbehälter auf den Kopf gestellt wird.In addition to pressure-limited degassing, international transport regulations require that the degassing valve is liquid-tight for a period of at least 5 minutes when the filled transport container is turned upside down.
Alle bisher üblichen Entgasungsventile für Kunststoffbehälter und Kunststoff-Fässer erfüllen obige Bedingungen nur sehr beschränkt und nur für einen Teilbereich der gefährlichen Flüssigkeiten und deren Abmischungen, begründet durch die mangelnde chemische Beständigkeit der verwendeten Ventil-Werkstoffe, wegen der Veränderung der elastischen Federungseigenschaften der Ventil-Werkstoffe bei Kontakt mit dem Füllgut oder deren Dämpfe sowie wegen der unvermeidlichen Fertigungstoleranzen am Ventilsitz und Ventilkörper, wie nachstehend beschrieben wird.All degassing valves for plastic containers and plastic drums that have been used up to now only meet the above conditions to a very limited extent and only for a sub-range of dangerous liquids and their mixtures, due to the lack of chemical resistance of the valve materials used, due to the change in the elastic spring properties of the valve materials when in contact with the filling material or its vapors, and due to the unavoidable manufacturing tolerances on the valve seat and valve body, as described below.
Das auch heute noch am meisten eingesetzte Entgasungs-Ventil ist das Pilz-Ventil aus flexiblem Kunststoff, beispielsweise Silikon-Kautschuk (FIG. 1), das mit einem Schaft (7) in eine im Verschlußdeckel (6) des Behälters ausgebildete Entgasungsöffnung (8) eingedrückt wird, wobei sich ein Ringwulst (9) am Schaft (7) von innen gegen die Kopfplatte des Verschlußdeckels (6) legt, während sich der Rand (3) des gewölbten Ventiltellers (1) gegen die Außenfläche (2) des Verschlußdeckels (6) legt, und zwar mit einer Vorspannung, die unter Berücksichtigung der Materialstärke der Kopfplatte durch den Abstand zwischen Ventilteller (1) und Ringwulst (9) bestimmt wird. Um den Gasdurchtritt zu ermöglichen, ist die Ringwulst (9) mit mindestens einer in Durchtrittsrichtung verlaufenden Einkerbung (5) versehen. Das Gas sammelt sich unter dem gewölbten Ventilteller (1) und hebt schließlich den Rand (3) des Ventiltellers (1) von der Außenfläche (2) des Verschlußdeckels (6) ab, worauf sich der Gasdruck abbaut und der Rand des Ventiltellers (3) sich wieder gegen die Außenfläche (2) legt.The degassing valve that is still most commonly used today is the mushroom valve made of flexible plastic, for example silicone rubber (FIG. 1), which is pressed with a shaft (7) into a degassing opening (8) formed in the closure lid (6) of the container, whereby an annular bead (9) on the shaft (7) lies against the head plate of the closure lid (6) from the inside, while the edge (3) of the curved valve plate (1) lies against the outer surface (2) of the closure lid (6), with a pre-tension that is determined by the distance between the valve plate (1) and the annular bead (9) taking into account the material thickness of the head plate. In order to allow the gas to pass through, the annular bead (9) is provided with at least one notch (5) running in the direction of passage. The gas collects under the curved valve plate (1) and finally lifts the edge (3) of the valve plate (1) from the outer surface (2) of the closure cover (6), whereupon the gas pressure is reduced and the edge of the valve plate (3) lies against the outer surface (2) again.
In vielen Fällen wird das Pilzventil auch in ein eigenes Kunststoffgehäuse eingesetzt und zusammen mit diesem in die Kopfplatte des Verschlußdeckels eingefügt. Die Wirkungsweise ist die gleiche.In many cases, the mushroom valve is also installed in its own plastic housing and inserted together with this into the top plate of the cover. The way it works is the same.
Nachteilig für diese Ventilart ist, daß der Werkstoff (Silikon-Kautschuk) für viele gefährliche Flüssigkeiten chemisch nicht resistent ist und das Pilz-Ventil damit einer Veränderung der Federungseigenschaften und somit des Öffnungsdruckes unterworfen ist. In vielen Fällen wird sogar das Pilzventil durch manche gefährlichen Flüssigkeiten völlig zerstört.The disadvantage of this type of valve is that the material (silicone rubber) is not chemically resistant to many dangerous liquids and the mushroom valve is therefore subject to a change in its suspension properties and thus in its opening pressure. In many cases, the mushroom valve is even completely destroyed by some dangerous liquids.
In der Europäischen Patentschrift Nr. 0131928 ist nun ein Deckel mit Entgasungsventil beschrieben, das aus einer Ventilbuchse (10) aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit konzentrischer Dichtlippe (11) besteht, auf der eine Polyolefin-Kugel (12) aufliegt, die durch eine Druckfeder (13) aus hochlegiertem Stahl vorgespannt wird (FIG. 2). Die Ventilbuchse (10) wird in einen hülsenartigen Fortsatz des Verschlußdeckels (14) unter Vorspannung eingesetzt. Hier sind die verwendeten Werkstoffe (Polyethylen und Polypropylen) und die Feder aus hochlegiertem Stahl gegen alle bekannten gefährlichen Flüssigkeiten und deren Abmischungen beständig.European patent specification No. 0131928 describes a cover with a degassing valve, which consists of a valve bushing (10) made of high-density polyethylene (HDPE) with a concentric sealing lip (11) on which a polyolefin ball (12) rests, which is pre-tensioned by a compression spring (13) made of high-alloy steel (FIG. 2). The valve bushing (10) is inserted into a sleeve-like extension of the cover (14) under pre-tension. Here, the materials used (polyethylene and polypropylene) and the spring made of high-alloy steel are resistant to all known dangerous liquids and their mixtures.
Der Nachteil dieses Ventils ist der, daß die auf der Kugelkalotte aufliegende Stahlfeder an der unteren Drahtwindung im Durchmesser aufspreizt und damit zu einer Veränderung der Vorspannung der Druckfeder (13) und damit zu einer Änderung des Öffnungsdruckes führt, insbesondere bei der geringen Federvorspannung wegen des verhältnismäßig geringen zulässigen Überdrucks im Kunststoff-Behälter.The disadvantage of this valve is that the steel spring resting on the spherical cap expands in diameter at the lower wire winding and thus leads to a change in the preload of the compression spring (13) and thus to a change in the opening pressure, especially with the low spring preload due to the relatively low permissible overpressure in the plastic container.
Ein weiterer Nachteil dieses Systems ist, daß der Entgasungskanal (17) oberhalb der Ventilkugel (12) und Druckfeder (13) vertikal geradlinig bis zum Austritt (18) aus dem Verschlußdeckel (14) verläuft und deshalb bei jeder Schüttelbewegung des Behälters während der Entgasung mitgerissene Flüssigkeit vertikal hochspritzt und die den Behälter tragende Person verletzen kann.A further disadvantage of this system is that the degassing channel (17) above the valve ball (12) and pressure spring (13) runs vertically in a straight line to the outlet (18) from the closure cover (14) and therefore with each shaking movement of the container during degassing, entrained liquid sprays vertically upwards and can injure the person carrying the container.
Ein weiterer Nachteil dieses Ventils ist das Fehlen einer Schwallschutz-Another disadvantage of this valve is the lack of a surge protection
vorrichtung, die bei einer Schüttelbewegung des unter Gasinnendruck befindlichen Behälters, z. B. auf dem LKW-Transport, Schwabbel-Schläge der Flüssigkeit auf die Ventilkugel (12) auffängt und so verhindert, daß es durch die Schwabbelbewegung des Füllgutes zu Öffnungen des Ventils und damit zum Flüssigkeitsaustritt kommt.Device which, when the container under internal gas pressure is shaken, e.g. during transport by truck, absorbs the impact of the liquid on the valve ball (12) and thus prevents the shaking movement of the filling material from opening the valve and thus causing liquid to escape.
Hierbei ist zu beachten, daß Flüssigkeitsschläge direkt auf das Ventil zu einer Überlastung der feinen Druckfeder und damit zur Änderung der Öffnungs-Charakteristik führen können, wenn nicht durch konstruktive Maßnahmen der Öffnungsweg der Kugel limitiert wird.It should be noted that liquid impacts directly on the valve can lead to an overload of the fine compression spring and thus to a change in the opening characteristics if the opening path of the ball is not limited by design measures.
Zur Vermeidung des Flüssigkeitsdurchtrittes hat man vielfach vor das eigentliche Ventil eine Vlies-Scheibe (19) eingesetzt, die aus einem feinporigen Teflonfilm (20) besteht, der von einem grobporigen Kunststoffnetz (21) aus Polypropylen oder Polyester getragen wird.To prevent fluid from penetrating, a fleece disk (19) consisting of a fine-pored Teflon film (20) supported by a coarse-pored plastic net (21) made of polypropylene or polyester has often been placed in front of the actual valve.
Dieser Schutz läßt sich jedoch nur bei einer beschränkten Zahl gefährlicher Flüssigkeiten anwenden (z. B. bei Wasserstoffperoxid und Peressigsäure), nicht aber bei der Vielzahl organischer Verbindungen, die zu einem Zusetzen (Verkrusten) der feinen Poren führen. Dadurch wird die Entgasung unterbunden; der Behälter bläht auf und platzt.However, this protection can only be used for a limited number of dangerous liquids (e.g. hydrogen peroxide and peracetic acid), but not for the large number of organic compounds that lead to clogging (encrustation) of the fine pores. This prevents degassing; the container swells up and bursts.
Beim erfindungsgemäßen Entgasungs-Ventil (FIG. 3) handelt es sich um eine Ventilhülse (22) aus HDPE1 der Gas-Eintrittsöffnung (23), einem kegeligen Ventilsitz (24), auf dem eine verhältnismäßig große geschliffene Kugel (25) aus einem geeigneten Werkstoff aufliegt, die auf ihrer oberen Kalotte einen kreisrunden Teller (26) trägt, auf der sich die vorgespannte Druckfeder (27) abstützt.The degassing valve according to the invention (FIG. 3) is a valve sleeve (22) made of HDPE 1 , the gas inlet opening (23), a conical valve seat (24) on which a relatively large ground ball (25) made of a suitable material rests, which carries a circular plate (26) on its upper dome, on which the pre-stressed compression spring (27) is supported.
Die kegelige Ventilsitzfläche (24) mündet in eine Buchse (28), die nach der Montage von Kugel (25), Teller (26), Druckfeder (27) und Abschlußstopfen (29) in die zylindrische Aufnahmehülse (3D) des Verschlußdeckels (31) eingepreßt wird.The conical valve seat surface (24) opens into a bushing (28) which is pressed into the cylindrical receiving sleeve (3D) of the closure cover (31) after the assembly of the ball (25), plate (26), compression spring (27) and end plug (29).
Durch die Zwischenschaltung eines Tellers (26) als Abstützung für die Druckfeder (27) wird das Aufspreizen der letzten Federwindung auf derBy interposing a plate (26) as a support for the compression spring (27), the spreading of the last spring coil on the
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Kugeloberflache vermieden; dadurch kein Verlust an Vorspannung und kein Verklemmen der Druckfeder (27) auf der Kugel (25).Ball surface is avoided; therefore no loss of preload and no jamming of the compression spring (27) on the ball (25).
Der Abschlußstopfen (29) besitzt nach unten einen zylindrischen Fortsatz, der bei geschlossenem Ventil nur einen geringen Abstand (41) zum Teller (26) hat und deshalb bei einem größeren Flüssigkeitsschlag (Fall eines Behälters aus einem höheren Stapel) die Druckfeder (27) vor Überlastung geschützt wird durch Anschlag des Tellers (26) an den rohrförmigen Fortsatz (40) des Abschlußstopfens (29).The end plug (29) has a cylindrical extension at the bottom which, when the valve is closed, is only a short distance (41) from the plate (26) and therefore, in the event of a major liquid impact (a container falling from a higher stack), the compression spring (27) is protected from overload by the plate (26) striking the tubular extension (40) of the end plug (29).
Zur Vermeidung von Flüssigkeitsaustritt durch im Behälter schwabbelndes Füllgut, z. b. beim LKW-Transport, muß das schwabbelnde Füllgut daran gehindert werden, größere Flüssigkeitsschläge direkt auf die Ventilkugel (25) auszuführen.To avoid liquid leakage due to the contents wobbling in the container, e.g. during truck transport, the wobbling contents must be prevented from causing large liquid impacts directly on the valve ball (25).
Dies wird dadurch erreicht, indem über den Flansch (32) der Ventilhülse (22) eine kreisrunde Prallplatte (33) verrastet wird, die die lichte Kreisfläche innerhalb der Ausgießmündung eines Behälters bis auf einen kleinen Spalt abdeckt, wobei die Prallplatte (33) an der unteren, dem Flüssigkeitsspiegel zugewandten Fläche mit Strömungsenergie verzehrenden Lamellen (34) versehen wird und die Oberseite mit bevorzugt gewölbten Wandsegmenten (35), die bei einem Flüssigkeitsschlag die direkte Beaufschlagung der Gaszutrittslöcher (36) und der Flüssigkeits-Rücklauflöcher (37) verhindern oder zumindest behindern. Zweckmäßigerweise werden mehrere Gaszutrittslöcher (36) und Flüssigkeits-Rücklauflöcher (37) vorgesehen (FIG. 4).This is achieved by locking a circular baffle plate (33) over the flange (32) of the valve sleeve (22), which covers the clear circular area inside the pouring mouth of a container except for a small gap, the baffle plate (33) being provided with flow energy-absorbing slats (34) on the lower surface facing the liquid level and the upper side with preferably curved wall segments (35) which prevent or at least hinder the direct impact of the gas inlet holes (36) and the liquid return holes (37) in the event of a liquid impact. It is expedient to provide several gas inlet holes (36) and liquid return holes (37) (FIG. 4).
Damit das Abgas und eventuell mitgerissene gefährliche Flüssigkeit nicht senkrecht aus dem Verschlußdeckel (31) herausströmen kann, wie beim Europäischen Patent Nr. 0131928 (FIG. 3), mündet die außermittig eingebrachte Abgasöffnung (37) innerhalb der Wandung des Verschlußdeckels (31) in einen horizontalen, in diesem Fall kreisförmigen Kanal (38), der aus fabrikatorischen Gründen an der oberen Deckelfläche offen liegt und von einem separaten Kunststoffplättchen mit Schnappverschluß (39) abgedeckt wird (FIG. 5).To prevent the exhaust gas and any dangerous liquid that may be entrained from flowing vertically out of the cover (31), as in European Patent No. 0131928 (FIG. 3), the off-center exhaust opening (37) opens into a horizontal, in this case circular, channel (38) within the wall of the cover (31), which is open on the upper cover surface for manufacturing reasons and is covered by a separate plastic plate with a snap closure (39) (FIG. 5).
Durch einen radialen Anschnitt (40) des kreisförmigen Kanals (38) kann das Gas seitlich austreten.The gas can exit sideways through a radial cut (40) of the circular channel (38).
So kann etwa mitgerissene Flüssigkeit nur schräg und nie senkrecht austreten.For example, entrained liquid can only escape at an angle and never vertically.
Außerdem wird durch die Formgebung des Kanals (38) und seine Länge im Verschlußdeckel (31) die Strömungsenergie eines Flüssigkeitsstrahls weitestgehend vernichtet und der Austritt eines Strahls vermieden.In addition, the shape of the channel (38) and its length in the closure cover (31) largely destroys the flow energy of a liquid jet and prevents the escape of a jet.
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