EP4726250A1

EP4726250A1 - Vorrichtung zum verschliessen eines fluidbehälters

Info

Publication number: EP4726250A1
Application number: EP24205963.2A
Authority: EP
Inventors: Argjend Mehmetaj
Original assignee: Lutz Jesco GmbH
Current assignee: Lutz Jesco GmbH
Priority date: 2024-10-10
Filing date: 2024-10-10
Publication date: 2026-04-15

Abstract

Bekannt sind derzeit Schnellschlussventile, an die auf der Seite eines Fluidauslasses Druckmesser und Stellventile angeschraubt werden. Dies stellt aber eine zusätzliche Schnittstelle dar, die gleichzeitig eine mögliche Leckagestelle werden kann. Zudem erfordert eine solche Konstruktion einen weiteren Eingriff des Benutzers, bei dem Fehler auftreten können.

Vor diesem Hintergrund sieht die vorliegende Erfindung eine Integration eines Druckmessers in ein Ventilgehäuse vor, welche den erheblichen Vorteil bringt, dass neben dem Wegfall möglicher Leckagestellen und einer deutlich kompakteren und kostengünstigeren Bauform auch eine korrekte Anzeige des Druckmessers in Bezug auf den mit der Vorrichtung verbundenen Behälter ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters mit einem Ventilgehäuse, welches eine Fluidleitung mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweist, wobei die Fluidleitung mithilfe eines Sperrventils abgesperrt wird.
Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der WO 2016/184454 A1 vorbekannt. Diese beschreibt ein Schnellschlussventil für Fluidleitungen, das bei Fluidaustritt eine schnelle und sichere Abriegelung ermöglicht. Das Ventil umfasst ein Gehäuse mit Ein- und Auslass, eine fluiddichte Buchse und eine längsverschiebbare Ventilspindel mit Dichtelement. Die Ventilspindel wird durch eine Schließfeder vorgespannt, die von einer Spannvorrichtung in Form eines Kniegelenks gehalten wird. Ein manuell betätigbares Spannelement ermöglicht die Vorspannung der Schließfeder, während eine elektromagnetische Verrastung die Spannvorrichtung in Position hält. Bei Auslösung oder Stromausfall wird die Verrastung gelöst, das Kniegelenk beugt sich und die Ventilspindel verschließt die Fluidleitung. Diese Konstruktion bietet eine kompakte und leichte Lösung, die eine manuelle Rücksetzung erfordert, um eine automatische Neuspannung zu verhindern.
Auf dem Gebiet der Fluidbehälterverschlusssysteme ist es üblich, dass verschiedene Ventilmechanismen eingesetzt werden, um den Durchfluss von Fluiden zu steuern. Bekannte Systeme umfassen typischerweise eine Kombination aus Einlass- und Auslassventilen, die den Fluidfluss regulieren und absperren können. Diese Ventile werden oft manuell oder automatisch betätigt und sind in einer Vielzahl von Anwendungen zu finden, darunter industrielle Prozesse, Wasseraufbereitungsanlagen und hydraulische Systeme. In vielen dieser Systeme ist es entscheidend, den Druck des Fluids zu überwachen, um eine sichere und effiziente Steuerung zu gewährleisten. Druckmessgeräte werden daher häufig in der Nähe der Ventile installiert, um den anliegenden Druck anzuzeigen und gegebenenfalls Anpassungen vorzunehmen.
Gemäß bekannter Systeme werden Druckmessgeräte oft extern an den Fluidleitungen angebracht, was zu einem erhöhten Aufwand bei der Installation und potenziellen Leckstellen führen kann. Diese externen Installationen erfordern zusätzliche Rohrleitungen und Dichtungen, die nicht nur die Kosten erhöhen, sondern auch die Wartung erschweren. Zudem kann die Positionierung der Druckmessgeräte außerhalb des Ventilgehäuses zu Verzögerungen bei der Druckmessung führen, was die Reaktionszeit des Systems beeinträchtigen kann.
Ein weiteres Problem bei bekannten Systemen ist die Beschränkung der Auslassgeschwindigkeit des Fluids. In vielen Anwendungen ist es notwendig, die Auslassgeschwindigkeit zu kontrollieren, um Schäden an nachgeschalteten Komponenten zu vermeiden oder um bestimmte Prozessanforderungen zu erfüllen. Bekannte Lösungen verwenden separate Stellventile, die manuell oder automatisch eingestellt werden können.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters zu schaffen, welche Leckagen weitestmöglich vermeidet, möglichst kostengünstig herstellbar ist und eine möglichst wenig fehleranfällige Konstruktion bereitstellt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere, sinnvolle Ausgestaltungen einer solchen Vorrichtung können den sich anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Insoweit vorgesehen ist eine Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters, welche ein Ventilgehäuse umfasst. Dieses Ventilgehäuse dient als zentrale Komponente und beherbergt die notwendigen Mechanismen zur Steuerung des Fluidflusses. Die Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse und den anderen Komponenten erfolgt durch präzise gefertigte Schnittstellen, die eine sichere und dichte Verbindung gewährleisten.
Das Ventilgehäuse weist eine Fluidleitung auf, die mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass ausgestattet ist. Diese Fluidleitung ermöglicht den kontrollierten Durchfluss des Fluids durch das Ventilgehäuse. Die Kommunikation zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass erfolgt durch die Fluidleitung, die als Durchgangskanal fungiert und den Fluss des Fluids in die gewünschte Richtung lenkt.
Die Fluidleitung wird mithilfe eines Sperrventils abgesperrt. Das Sperrventil ist innerhalb des Ventilgehäuses integriert und kann den Durchfluss des Fluids durch die Fluidleitung unterbrechen oder freigeben. Die Verbindung zwischen der Fluidleitung und dem Sperrventil ist so gestaltet, dass das Sperrventil bei Bedarf den Fluss des Fluids vollständig stoppen kann, um eine sichere und kontrollierte Handhabung des Fluids zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß ist dem Ventilgehäuse in der Fluidleitung zwischen dem Fluideinlass und dem Sperrventil ein Druckmesser, also ein Manometer, zugeordnet. Dieser Druckmesser dient zur Anzeige des an dem Fluideinlass anliegenden Fluiddrucks. Die Verbindung zwischen der Fluidleitung und dem Druckmesser erfolgt durch eine spezielle Öffnung oder ein Anschlussstück, das den Druck des Fluids auf den Druckmesser überträgt. Dadurch kann der aktuelle Druckwert des Fluids auch bei geschlossenem Sperrventil präzise gemessen und angezeigt werden, was eine wichtige Information für die Überwachung und Steuerung des Fluidflusses darstellt.
Durch die Integration des Druckmessers innerhalb des Ventilgehäuses wird sichergestellt, dass der Druck auch im Fall eines Auslösens des Sperrventils gemessen werden kann, sowie dass der Platzbedarf minimiert wird und die Schnittstellen zwischen den Teilen, welche Quellen für mögliche Leckagen sind, vermieden werden. Die Anordnung des Druckmessers vor dem Sperrventil stellt sicher, dass der Druck im Einlassbereich kontinuierlich überwacht wird, was eine frühzeitige Erkennung von Druckabfällen oder -spitzen ermöglicht. Dies kann helfen, potenzielle Probleme im System frühzeitig zu identifizieren und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um den Betrieb zu optimieren und Schäden zu vermeiden. Auch kann auf diese Weise der Füllstand des angeschlossenen Behälters überwacht werden, was bei einer im Stand der Technik im Nachhinein angeschlossenen Drucküberwachung nicht gegeben wäre.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann dem Ventilgehäuse ein Messabzweig zugeordnet sein, der zwischen dem Fluideinlass und dem Sperrventil auf die Fluidleitung trifft. Der Messabzweig ermöglicht eine präzise Messung des Fluiddrucks, indem er eine Verbindung zwischen der Fluidleitung und einem externen Druckmessgerät herstellt. Diese Anordnung stellt sicher, dass der Druckmesser genaue und konsistente Druckwerte liefert, da er direkt mit der Fluidleitung verbunden ist. Der Messabzweig fungiert als Schnittstelle, die den Druck des Fluids in der Leitung an den Druckmesser weiterleitet, bedarfsweise unter Zwischenlage eines Filters, das eine Verunreinigung des Druckmessers verhindert. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des Drucks, was besonders wichtig ist, um den ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung sicherzustellen und potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen. Dem Messabzweig ist ein Leitungsrohr zur Befestigung des Druckmessers an dem Ventilgehäuse fluiddicht zugeordnet. Diese fluiddichte Verbindung gewährleistet, dass kein Fluid aus dem System austritt. Durch die fluiddichte Verbindung wird auch verhindert, dass externe Einflüsse wie Schmutz oder Feuchtigkeit in das System eindringen und die Messungen verfälschen.
In bevorzugter Ausgestaltung kann der Fluidleitung zwischen dem Sperrventil und dem Fluidauslass ein Stellventil zur Beschränkung einer Auslassgeschwindigkeit des Fluids zugeordnet sein. Diese Ausführungsform erweitert die Funktionalität der Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters, indem sie eine zusätzliche Kontrolle über die Fluidströmung ermöglicht. Das Stellventil, das in die Fluidleitung integriert ist, dient dazu, die Geschwindigkeit des aus dem Fluidauslass austretenden Fluids zu regulieren. Dies wird durch die mechanische oder elektronische Anpassung des Stellventils erreicht, welches die Durchflussmenge und damit die Geschwindigkeit des Fluids steuert, indem es den Querschnitt der Leitung verändert. Dies kann durch verschiedene technische Mittel erreicht werden, wie zum Beispiel durch eine drehbare Scheibe, einen Schieber oder ein Nadelventil, die alle mechanisch oder elektronisch betätigt werden können.
Die Integration des Stellventils bringt mehrere Vorteile mit sich. Erstens ermöglicht es eine präzisere Steuerung des Fluidflusses, was besonders in Anwendungen wichtig ist, bei denen die Auslassgeschwindigkeit kritisch ist, wie beispielsweise in medizinischen Geräten oder in industriellen Prozessen, bei denen eine gleichmäßige Fluidabgabe erforderlich ist. Zweitens kann das Stellventil dazu beitragen, Druckschwankungen im System zu minimieren, indem es die Geschwindigkeit des austretenden Fluids reguliert und somit einen stabileren Betriebszustand aufrechterhält. Drittens bietet das Stellventil eine zusätzliche Sicherheitsebene, indem es die Möglichkeit bietet, den Fluidfluss im Falle eines Fehlers oder einer Fehlfunktion des Sperrventils zu begrenzen oder zu stoppen. Dies kann besonders in sicherheitskritischen Anwendungen von Bedeutung sein, wo ein unkontrollierter Fluidfluss zu gefährlichen Situationen führen könnte.
Eine weitere Verbesserung kann vorsehen, dass das Stellventil mithilfe eines Drehstellers zur Verstellung des Stellventils zwischen einer den Fluidauslass sperrenden und einer den Fluidauslass freigebenden Position einstellbar ist. Diese Konfiguration ermöglicht eine präzise Steuerung des Fluidflusses durch das Ventilgehäuse, indem der Drehsteller mechanisch mit dem Stellventil verbunden ist und durch eine Drehbewegung die Position des Stellventils verändert. Der Drehsteller kann beispielsweise als Handrad, Hebel oder ein anderes drehbares Bedienelement ausgeführt sein, das eine direkte und intuitive Bedienung durch den Benutzer erlaubt. Durch die mechanische Kopplung zwischen Drehsteller und Stellventil wird eine zuverlässige und wiederholbare Verstellung des Ventils gewährleistet, was besonders in Anwendungen von Vorteil ist, bei denen eine genaue Regulierung des Fluidflusses erforderlich ist.
Die Möglichkeit, das Stellventil stufenlos einzustellen, erweitert die Funktionalität der Vorrichtung erheblich, da sie eine feine Abstimmung des Fluiddurchflusses ermöglicht. Dies ist besonders nützlich in Situationen, in denen der Fluiddruck oder die Durchflussmenge variieren und eine genaue Anpassung notwendig wird, um optimale Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Im Einzelnen kann das Stellventil mit besonderem Vorteil zwei gegeneinander ausgerichtete Kugelventile umfassen. Diese spezifische Ausgestaltung des Stellventils bringt mehrere technische Vorteile und Verbesserungen mit sich. Ein Kugelventil zeichnet sich durch seine einfache und robuste Konstruktion aus, die eine zuverlässige Abdichtung und eine einfache Steuerung des Fluidflusses ermöglicht. Durch das Verschieben einer ersten Ventilkugel aus einem oder in einen ersten Ventilsitz mit einer durchgehenden Bohrung hinein kann der Durchfluss des Fluids präzise gesteuert oder vollständig unterbrochen werden. Diese Art von Ventil ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen eine schnelle und sichere Absperrung des Fluidstroms erforderlich ist. Durch die Verwendung einer Arbeitsmembran in einer Arbeitskammer des Drehstellers kann in Reaktion auf ein sich aufbauendes Vakuum in dieser Arbeitskammer, also zwischen dem Fluidauslass und dem ersten Ventilsitz, eine Arbeitsmembran ausgelenkt werden, mit welcher, etwa über eine Verbindungsscheibe, ein Ventilstift verbunden ist. Durch das Auslenken der Arbeitsmembran kann die Verbindungsscheibe mit dem daran befestigten Ventilstift auf die erste Ventilkugel zu verschoben werden und diese zur Eröffnung eines Fluidflusses aus dem Ventilsitz gedrückt werden. Es ergibt sich hierdurch eine Vakuumregelung.
Das zweite Kugelventil, das in Gegenrichtung arbeitet, sorgt dafür, dass bei einem Unterschreiten eines minimalen Restdrucks in einem an die Vorrichtung angeschlossenen Behälter ein Restdruck zurückbleibt, um sicherzustellen, dass keine Luftfeuchtigkeit eindringen und den Behälter korrodieren lassen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung zum Verschlie-ßen eines Fluidbehälters durch die spezifische Ausgestaltung des Sperrventils weiter verbessert werden, indem das Sperrventil als ein mechanisch mithilfe eines Spannhebels vorspannbares und mithilfe eines Elektromagneten manuell oder selbsttätig auslösbares Schnellschlussventil konzipiert ist. Diese Ausgestaltung bringt mehrere Vorteile und neue Merkmale mit sich. Der Spannhebel ermöglicht eine mechanische Vorspannung des Ventils, was bedeutet, dass das Ventil in einer offenen Position gehalten werden kann, bis ein Auslösemechanismus aktiviert wird. Dies bietet eine zuverlässige aber schnell auslösbare Verschlussmöglichkeit für die Fluidleitung, da der mechanische Spannhebel eine physische Barriere darstellt, die das Ventil in seiner Position hält. Der Elektromagnet ermöglicht hierbei eine flexible Auslösung des Ventils, sei es durch ein Signal oder durch einen Ausfall der Stromversorgung des Elektromagneten. Durch die Integration eines Elektromagneten kann das Ventil also entweder manuell durch einen Benutzer oder automatisch durch ein Steuersystem und im Rahmen einer Sicherheitslösung im Fehlerfall selbsttätig ausgelöst werden. Die Integration eines Schnellschlussventils stellt sicher, dass das Ventil in kürzester Zeit geschlossen werden kann, was in kritischen Situationen entscheidend sein kann.
Konkret kann vorgesehen sein, dass die Fluidleitung in einem Ventilabzweig einen Ventilsitz ausbildet, wodurch eine spezifische Struktur innerhalb der Fluidleitung geschaffen wird, die als Basis für die Interaktion mit einem Sperrelement dient. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass das Sperrelement präzise positioniert und geführt wird, um eine effektive Abdichtung zu gewährleisten. Ein Sperrelement ist durch eine fluiddichte Buchse derart dichtend einrückbar, dass der Fluidauslass durch das Sperrelement von dem Fluideinlass trennbar ist. Diese fluiddichte Buchse stellt sicher, dass keine Leckage um das Sperrelement herum auftritt, wenn dieses in die Fluidleitung eingreift, um den Fluiddurchfluss zu unterbrechen.
Ferner kann das Sperrelement gegen die Federkraft einer Schließfeder in einer Durchlassposition vorspannbar sein, wobei die Federkraft der Schließfeder mithilfe des Auslösers freisetzbar ist, um das Sperrelement in eine das Sperrventil verschließende Sperrposition zu verbringen. Die Vorspannung gegen die Federkraft stellt sicher, dass das Sperrelement in einer stabilen Position gehalten wird, bis eine Auslösung des Sperrventils erfolgt. Diese Vorspannung ist entscheidend für die zuverlässige Funktion des Sperrelements, da sie verhindert, dass das Sperrelement unkontrolliert in die Sperrposition zurückkehrt und vielmehr das Einrücken in die Sperrposition beschleunigt. Die Federkraft der Schließfeder kann mithilfe des Auslösers freigesetzt werden. Der Auslöser fungiert als ein Steuermechanismus, der die Federkraft der Schließfeder freisetzt und somit das Sperrelement in Bewegung setzt. Diese Freisetzung der Federkraft ist ein kritischer Punkt, da sie die Energie liefert, die erforderlich ist, um das Sperrelement in die Sperrposition zu bewegen.
In konkreter Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Auslöser ein Kniegelenk zur Freigabe der Schließfeder ist. Das Kniegelenk, das als mechanisches Verbindungselement fungiert, ermöglicht solange eine stabile Verbindung zwischen dem Auslöser und der Schließfeder, wie der Elektromagnet eine hierfür vorgesehene Sperrspindel zurückhält, welche das Ausrücken einer Sperrklinke verhindert. Wenn der Auslöser aktiviert wird, gibt das Kniegelenk die Schließfeder frei, wodurch das Sperrmittel, also etwa eine Ventilspindel, bis zur Kontaktierung des Ventilsitzes ausgerückt wird und die Fluidleitung effektiv verschließt. Hierbei reduziert die Verwendung eines Kniegelenks die mechanische Belastung der beteiligten Komponenten, da die Kräfte gleichmäßig verteilt werden, was die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1: ein Schnellschlussventil gemäß dem Stand der Technik, in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
Figur 2: eine Variante des Schnellschlussventils gemäß Figur 1 mit geöffnetem Gehäuse in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
Figur 3: ein im Stand der Technik an ein Schnellschlussventil gemäß einer der Figuren 1 oder 2 nachrüstbares Element mit einem Druckmesser und einem Drehsteller, in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
Figur 4: eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Schnellschlussventil und einem in das Ventilgehäuse integrierten Druckmesser sowie einem Drehstellerin in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
Figur 5: die Vorrichtung gemäß Figur 4 in einer Frontansicht, sowie
Figur 6: die Vorrichtung gemäß Figur 5 in dem dort angezeigten Querschnitt.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1, gemäß dem Stand der Technik, zum Verschließen eines hier und im Weiteren nicht gezeigten Fluidbehälters, beispielsweise einer Gasflasche, die ein Ventilgehäuse 2 umfasst. Das Ventilgehäuse 2 weist eine Fluidleitung auf, die mit einem Fluideinlass 4 und einem Fluidauslass 5 verbunden ist. Die Fluidleitung ist so konzipiert, dass sie mithilfe eines Sperrventils abgesperrt werden kann. Das Sperrventil ist ein mechanisch mithilfe eines Spannhebels vorspannbares und mithilfe eines Elektromagneten manuell oder selbsttätig auslösbares Schnellschlussventil. Die Fluidleitung bildet in einem Ventilabzweig einen Ventilsitz aus, in welchen ein Sperrelement durch eine fluiddichte Buchse derart dichtend einrückbar ist, dass der Fluidauslass 5 durch das Sperrelement 8 von dem Fluideinlass 4 trennbar ist. Das Sperrelement 8 ist gegen die Federkraft einer Schließfeder 23 in einer Durchlassposition vorspannbar. Die Federkraft der Schließfeder 23 ist mithilfe eines Auslösers 21 freisetzbar, um das Sperrelement 8 in eine das Sperrventil verschließende Sperrposition zu verbringen. Der Auslöser 21 betätigt einen Elektromagneten, welcher wiederum eine Spannspindel 19 betätigt, die eine Sperrklinke 18 hält, die schließlich ein von der Schließfeder 23 vorgespanntes Kniegelenk 17 sichert.
Figur 2 zeigt eine Variante der Vorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik wie in Figur 1 dargestellt und beschrieben. Das Gehäuse ist hier offen dargestellt, so dass die Funktion des Schnellschlussventils hier deutlicher zu erkennen ist. Das Sperrventil ist mechanisch mithilfe eines Spannhebels 15 vorspannbar und mithilfe des Elektromagneten 20 manuell oder selbsttätig auslösbar. Das Sperrelement 8 ist gegen die Federkraft der Schließfeder 23 in seiner Durchlassposition vorspannbar. Zusätzlich zeigt die Figur 2 weitere Komponenten wie einen Verbinder 16, welcher den Spannhebel 15 mit dem Kniegelenk 17 verbindet. Der Elektromagnet 20 ist so positioniert, dass er die Spannspindel 19 im Fall eines manuell oder fehlerbedingt ausgelösten Spannungsabfalls freigeben kann. Diese wird dann von einer Feder außer Eingriff einer Sperrklinke 18 verschoben, welche dann das Kniegelenk 17 freigibt. Aufgrund der Federkraft der Schließfeder 23 wird das Sperrelement 8 soweit ausgerückt, dass es in den Ventilsitz 7 in dem Ventilgehäuse 2 einrückt und die Fluidleitung darin verschließt. Aufgrund des Umstands, dass der Elektromagnet 20 während der Öffnung des Schnellschlussventils stets in Betrieb ist, ist auf diesem ein Kühlkörper 22 vorgesehen, der die Betriebswärme abführt.
Figur 3 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters gemäß dem Stand der Technik, die verschiedene Komponenten und deren Anordnung veranschaulicht. Die Vorrichtung dient im Stand der Technik dazu, als separate Einheit auf den bidherigen Fluidauslass des Schnellschlussventils gemäß Figuren 1 und 2 aufgesetzt zu werden, um dann den am Fluidauslass anliegenden Druck zu messen und diesen bei Bedarf über einen Drehsteller 11 zu drosseln. Ein für die Druckmessung vorgesehener Druckmesser 14, also ein Manometer, ist über ein Leitungsrohr 13 mit der Fluidleitung verbunden, welche sich in die Vorrichtung hinein erstreckt. Der in der Fluidleitung anliegende Druck kann dadurch mithilfe des Druckmessers 14 erfasst werden.
Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass die Anordnung gemäß Figur 3 außen auf das Schnellschlussventil aufgesetzt wird und damit zum Einen eine zusätzliche Schnittstelle und eine Leckagemöglichkeit darstellt, zum Anderen auch lediglich den Druck hinter dem Schnellschlussventil anzeigen kann. Ist das Schnellschlussventil geschlossen, so kann der Druckmesser 14 im Stand der Technik keine sinnvolle Anzeige darstellen. Eine umgekehrte Anordnung hingegen, bei der also zunächst die Vorrichtung gemäß Figur 3 und dann das Schnellschlussventil gemäß Figuren 1 oder 2 an einem Behälter angeschlossen werden, ist aus Sicherheitsgründen abzulehnen. Das Schnellschlussventil soll einen sicheren Verschluss des Behälters ermöglichen, was aber bei mehreren vorangeschalteten Elementen nicht gewährleistet ist.
Figur 4 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Verschließen eines Fluidbehälters, die verschiedene wesentliche Komponenten umfasst. Hierbei soll die Beschreibung des Schnellschlussventils kurz gehalten werden, nachdem diese im Wesentlichen mit der Funktion des Schnellschlussventils gemäß Figuren 1 und 2 übereinstimmt.
Die Vorrichtung 1 beinhaltet ein Ventilgehäuse 2, das eine Fluidleitung 3 mit einem Fluideinlass 4 und einem Fluidauslass 5 aufweist. Die Fluidleitung 3 ist so konzipiert, dass sie mithilfe eines Sperrventils 6 abgesperrt werden kann. Ein zentrales Merkmal dieser Vorrichtung ist der Druckmesser 14, der innerhalb des Ventilgehäuses 2 zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Sperrventil angeordnet ist. Der Druckmesser 14 dient zur Anzeige des an dem Fluideinlass 4 anliegenden Fluiddrucks. Der Druckmesser 14 ist an einem Leitungsrohr 13 befestigt, das fluiddicht mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden ist. Ein Messabzweig 12, der zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Sperrventil auf die Fluidleitung 3 trifft, ermöglicht die Integration des Druckmessers 14 in das System, so dass eine zusätzliche Schnittstelle entfällt, aber dennoch bei geschlossenem Sperrventil eine Anzeige des Behälterdrucks erfolgen kann. Damit der Druckmesser 14 nicht durch Schmutzpartikel beschädigt werden kann, wird das Chlorgas erst nach einem integrierten Filter, der in den Figuren nicht dargestellt ist, zu dem Druckmesser 14 geleitet.
Ein weiteres wichtiges Element der Vorrichtung ist das Stellventil 10, das zwischen dem Sperrventil und dem Fluidauslass angeordnet ist. Das Stellventil 10 dient zur Beschränkung der Auslassgeschwindigkeit des Fluids. Es ist mithilfe eines Drehstellers 11 einstellbar, der vorzugsweise eine stufenlose Verstellung des Stellventils 10 zwischen einer den Fluidauslass 5 sperrenden und einer den Fluidauslass 5 freigebenden Position ermöglicht.
Figur 5 zeigt eine Frontalansicht auf eine Vorrichtung 1 gemäß Figur 4. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2, das eine Fluidleitung 3 enthält, wie sie in der parallel beschriebenen Figur 6 dargestellt ist. Der Fluideinlass 4 und der Fluidauslass 5 sind an den jeweiligen Enden der Fluidleitung 3 angeordnet. Ein Sperrventil 6 ist in der Fluidleitung 3 integriert, um den Durchfluss zu regulieren.
Ein Druckmesser 14 zweigt innerhalb des Ventilgehäuses 2 zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Sperrventil 6 ab, um den anliegenden Fluiddruck anzuzeigen. Der Druckmesser 14 ist über ein Leitungsrohr 13 fluiddicht mit einem Messabzweig 12 verbunden, der auf die Fluidleitung 3 trifft.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung entlang der Linie VI-VI in Figur 5. Hier wird die interne Struktur und die Funktionsweise der Vorrichtung detailliert dargestellt. Das Sperrventil 6 weist einen Ventilsitz 7 auf, welcher innerhalb eines Ventilabzweigs der Fluidleitung 3 angeordnet ist. Ein Sperrelement 8 kann in den Ventilsitz 7 einrücken, um den Fluidauslass 5 vom Fluideinlass 4 zu trennen. Das Sperrelement 8 wird durch ein fluiddichtes Ventilgehäuse 2 mit einer fluiddichten Kopfschraube geführt, um eine fluiddichte Abdichtung zu gewährleisten.
Zwischen dem Sperrventil 6 und dem Fluidauslass 5 ist ferner ein Stellventil 10 angeordnet, das die Auslassgeschwindigkeit des Fluids reguliert. Das Stellventil 10 kann mithilfe eines Drehstellers 11 stufenlos zwischen einer den Fluidauslass 5 sperrenden und einer den Fluidauslass 5 freigebenden Position eingestellt werden. In der dargestellten Ausführung handelt es sich bei dem Stellventil 10 um ein Kugelventil.
Das Kugelventil besteht aus zwei Teilen, von denen ein erster Teil eine Vakuumregelung betrifft und ein zweiter Teil eine Restdrucksicherung. Dem Vakuumregler als Druckreduzierungsventil kommt im Aufbau der vorliegenden Vorrichtung eine zentrale Sicherheitsbedeutung zu. Für die Vakuumregelung ist zunächst eine erste Ventilkugel 24 vorgesehen, die in einem geschlossenen Ausgangszustand auf einem ersten Ventilsitz 25 dichtend aufliegt. Sie wird von einer ersten Schließfeder 26 und dem Chlorflaschendruck auf den Sitz gepresst und schließt das System. Nach einem Einschalten eines Injektors, welcher Chlor aus dem System entnehmen soll, baut sich ein Vakuum zwischen einer Arbeitsmembran 30 und dem ersten Ventilsitz 25 auf. Es bewirkt an der Arbeitsmembran 30 des Vakuumreglers eine in Richtung des ersten Ventilsitzes 25 gerichtete Kraft, die durch einen Ventilstift 31 auf die erste Ventilkugel 24 übertragen wird. Die erste Ventilkugel 24 wird dadurch aus dem ersten Ventilsitz 25 gedrückt und lässt so Chlorgas in das Vakuumsystem eintreten. Bei Zusammenbruch des Vakuums fällt die erste Ventilkugel 24 schlagartig auf den ersten Ventilsitz 25 zurück und stoppt den Chlorgasstrom durch den Fluidauslass 5.
Auch eine Gleichzeitigkeitsentnahme kann durch die vorliegende Vorrichtung erfolgen. Aus einem Chlorbehälter darf kontinuierlich pro Stunde maximal 1 % des ursprünglichen Inhalts entnommen werden. Damit ergibt sich beispielsweise für eine 65 kg-Flasche eine maximale Entnahmemenge von 650 Gramm Cl₂ pro Stunde. In den meisten Anwendungsfällen ist die Chlorversorgung aus nur einer Chlorflasche nicht ausreichend, weil wesentlich mehr als 650 Gramm pro Stunde dosiert werden sollen. In diesen Fällen wird im sogenannten Batteriebetrieb aus mehreren Flaschen gleichzeitig Chlorgas entnommen. Damit die angeschlossenen Flaschen gleichmäßig entleert werden, müssen alle Vakuumregler bei dem gleichen Unterdruck mit der Chloreinspeisung beginnen.
Dazu verfügt die Vorrichtung über eine Justagemöglichkeit des Öffnungsdrucks. An einer Justierschraube 33 wird ein Kräftespiel zwischen einer Öffnungsfeder 32 und der ersten Schließfeder 26 eingestellt. Damit wird für gleichen Öffnungsdruck aller Vakuumregler innerhalb der Batterie und somit für eine möglichst gleichmäßige Entnahme aus allen angeschlossenen Behältern gesorgt.
Die Vorrichtung erlaubt auch eine Durchflussbegrenzung. Wenn bei mehreren angeschlossenen Flaschen bereits einige Flaschen entleert sind und die volle Dosiermenge angefordert wird, kommt es bei den noch teilgefüllten Flaschen zu unzulässig hoher Chlorgasentnahme, was eine Flaschenvereisung zu Folge hätte. Dies wird durch einen im Fluidauslass 5 integrierten Durchflussbegrenzer verhindert. Dieser lässt eine maximale Entnahmemenge von etwa 1000 Gramm pro Stunde zu. Es handelt sich hierbei um eine den Querschnitt des Fluidauslasses 5 reduzierende Rohrhülse, die in den Figuren nicht dargestellt ist.
Zur Realisierung einer Restdrucksicherung ist eine zweite Ventilkugel 27 vorgesehen, welche in umgekehrter Richtung wirkt wie die erste Ventilkugel 24. Bei Entleerung der Chlorflasche sinkt der Flaschendruck soweit ab, bis er nicht mehr in der Lage ist, die zweite Ventilkugel 27 gegen eine zweite Schließfeder 29 von einem zweiten Ventilsitz 28 abzuheben.
In der Flasche verbleibt ein Restüberdruck von etwa 0,1 bar. Das ist ein wirksamer Schutz vor dem Eintritt von Luftfeuchtigkeit in die Chlorflasche beim Flaschenwechsel. Feuchtigkeit in der Chlorflasche kann zu innerer Korrosion des Druckbehältes und damit zur Verunreinigung des Chlorgases führen. Die Restdrucksicherung sorgt also für eine lange Lebensdauer des Chlorbehälters.
Das Sperrventil 6 ist mechanisch mithilfe eines Spannhebels 15 vorspannbar und kann manuell mithilfe eines Auslösers 21 oder selbsttätig durch einen Elektromagneten 20 ausgelöst werden. Der Spannhebel 15 ist mit einem Kniegelenk 17 verbunden, das die Freigabe einer Schließfeder 23 ermöglicht. Die Schließfeder 23 sorgt dafür, dass das Sperrelement 8 in die Sperrposition gebracht wird, sobald der Auslöser 21 betätigt wird. In umgekehrter Richtung erfolgt eine Öffnung des Sperrventils 6 durch ein Drücken des Spannhebels 15.
Die dargestellten Komponenten und deren Anordnung innerhalb der Vorrichtung gewährleisten eine präzise Steuerung des Fluidflusses und eine zuverlässige Abdichtung des Fluidbehälters. Die Integration des Druckmessers 14 ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des anliegenden Drucks, während das Stellventil 10 eine flexible Anpassung der Auslassgeschwindigkeit erlaubt.
Vorstehend beschrieben ist somit eine Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters, welche Leckagen weitestmöglich vermeidet, möglichst kostengünstig herstellbar ist und eine möglichst wenig fehleranfällige Konstruktion bereitstellt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Vorrichtung
2: Ventilgehäuse
3: Fluidleitung
4: Fluideinlass
5: Fluidauslass
6: Sperrventil
7: Ventilsitz
8: Sperrelement
9: xxx
10: Stellventil
11: Drehsteller
12: Messabzweig
13: Leitungsrohr
14: Druckmesser
15: Spannhebel
16: Verbinder
17: Kniegelenk
18: Sperrklinke
19: Spannspindel
20: Elektromagnet
21: Auslöser
22: Kühlkörper
23: Schließfeder
24: erste Ventilkugel
25: erster Ventilsitz
26: erste Schließfeder
27: zweite Ventilkugel
28: zweiter Ventilsitz
29: zweite Schließfeder
30: Arbeitsmembran
31: Ventilstift
32: Öffnungsfeder
33: Justierschraube

Claims

Vorrichtung zum Verschließen eines Fluidbehälters mit einem Ventilgehäuse (2), welches eine Fluidleitung (3) mit einem Fluideinlass (4) und einem Fluidauslass (5) aufweist, wobei die Fluidleitung (3) mithilfe eines Sperrventils (6) abgesperrt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidleitung (3) innerhalb des Ventilgehäuses (2) zwischen dem Fluideinlass (4) und dem Sperrventil (6) ein Druckmesser (14) zur Anzeige des an dem Fluideinlass (4) anliegenden Fluiddrucks zugeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilgehäuse (2) ein Messabzweig (12) zugeordnet ist, welcher zwischen dem Fluideinlass (4) und dem Sperrventil (6) auf die Fluidleitung (3) trifft, und welchem ein Leitungsrohr (13) zur Befestigung des Druckmessers (14) an dem Ventilgehäuse (2) fluiddicht zugeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidleitung (3) zwischen dem Sperrventil (6) und dem Fluidauslass (5) ein Stellventil (10) zugeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (10) zur Bereitstellung einer Vakuumregelung eine erste Ventilkugel (24) umfasst, welche durch die Federkraft einer ersten Schließfeder (26) in einen ersten Ventilsitz (25) gedrückt wird, wobei eine Arbeitsmembran 30 in einer Kammer zwischen dem Fluidauslass (5) und dem ersten Ventilsitz (25) angeordnet ist, welcher einen Ventilstift (31) zur Verschiebung der ersten Ventilkugel (24) aus dem ersten Ventilsitz (25) beim Auftreten eines Vakuums zwischen der Arbeitsmembran (30) und dem ersten Ventilsitz (25) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (10) mithilfe eines Drehstellers (11) zur, vorzugsweise stufenlosen, Verstellung des Stellventils (10) zwischen einer den Fluidauslass (5) sperrenden und einer den Fluidauslass (5) freigebenden Position einstellbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehsteller (11) eine Justierschraube (33) zugeordnet ist, mit welchem gegen den Druck einer Öffnungsfeder (32) ein Mindestabstand des Ventilstifts (31) von der ersten Ventilkugel (24) beeinflussbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (10) zur Bereitstellung einer Restdrucksicherung eine zweite Ventilkugel (27) umfasst, welche durch die Federkraft einer zweiten Schließfeder (29) in einen zweiten Ventilsitz (28) gedrückt wird, wobei die Wirkrichtung der zweiten Ventilkugel (27) in entgegengesetzter Richtung zu der ersten Ventilkugel (24) liegt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sperrventil (6) um ein mechanisch mithilfe eines Spannhebels (15) vorspannbares und mithilfe eines Elektromagneten (20) manuell oder selbsttätig auslösbares Schnellschlussventil handelt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (3) in einem Ventilabzweig einen Ventilsitz (7) ausbildet, in welchen ein Sperrelement (8) durch das fluiddichte Ventilgehäuse (2) derart dichtend einrückbar ist, dass der Fluidauslass (5) durch das Sperrelement (8) von dem Fluideinlass (4) trennbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (8) gegen die Federkraft einer Schließfeder (23) in einer Durchlassposition vorspannbar ist, wobei die Federkraft der Schließfeder (23) mithilfe des Auslösers (21) freisetzbar ist, um das Sperrelement (8) in eine das Sperrventil (6) verschließende Sperrposition zu verbringen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöser (21) ein Kniegelenk (17) zur Freigabe der Schließfeder (23) betätigt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluidauslass (5) ein, vorzugsweise entnehmbarer, Durchflussbegrenzer in Form eines den Leitungsinnenquerschnitt des Fluidauslasses verengenden Rohreinsatzes zugeordnet ist.