WO2019042691A1 - Druckbegrenzungsventil - Google Patents

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WO2019042691A1
WO2019042691A1 PCT/EP2018/070853 EP2018070853W WO2019042691A1 WO 2019042691 A1 WO2019042691 A1 WO 2019042691A1 EP 2018070853 W EP2018070853 W EP 2018070853W WO 2019042691 A1 WO2019042691 A1 WO 2019042691A1
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valve seat
valve
coalescing medium
pressure limiting
medium
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PCT/EP2018/070853
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Simon Berger
Tom Berger
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Hengst Se
Hengst Filter Systems (Kunshan) Co. Ltd.
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Definitions

  • the invention relates to a pressure relief valve according to the preamble of claim 1.
  • Such pressure relief valves take into account the fact that at low flow rates a good separation effect is achieved by the gas flow with the aerosols passing through the coalescence medium, while at higher flow rates and correspondingly higher flow velocities, the impactor effect also has a good separation efficiency low volume flows can not be achieved.
  • the generic pressure relief valves allow firstly an adaptation to the prevailing flow conditions in the gas line and prevent an impermissible pressure increase, and secondly, they always ensure a good separation effect of the pressure relief valve even with the different flow conditions.
  • the invention has for its object to improve a generic pressure relief valve to the effect that this is particularly sensitive to different flow conditions that prevail in the gas line, adapted and thus always allows optimum separation efficiency.
  • a pressure relief valve having the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments are described in the subclaims.
  • a particularly advantageous embodiment of a ⁇ lnebelabscheiders is achieved in that it is equipped with a proposed pressure relief valve.
  • the invention proposes to make possible a plurality of different operating states of the pressure limiting valve, namely either the pure separator operation or the switched impactor operation, also allowing intermediate states in which a part of the coalescing medium is operated in the usual separator operation and flows through the gas flow while another part of the coalescing medium is operated in impactor operation and part of the gas flow is conducted along the surface of the coalescing medium.
  • the division between separator and impactor operation can take place in several different weightings.
  • the mutually facing surfaces of the coalescence and the valve seat are deliberately not exactly complementary to each other designed, but rather so divergent that in the intermediate position of the valve body, although a gap between the coalescer and the valve seat is formed, but this gap is not on the entire surface of the coalescence medium extends.
  • gap size is differentiated within the scope of the present proposal from the gap width, the gap width being the distance between reading medium and valve seat, while the gap size denotes the area over which the gap extends on the valve seat or on the coalescing medium.
  • the coalescing medium Since the coalescing medium is compressible, it lies in the closed position of the valve disk to the valve seat gap-free. With increasing distance of the valve disk from the valve seat, the coalescing medium located between them is increasingly decompressed, and due to the diverging surface configuration results in the mentioned gap between the coalescer and the valve seat in certain areas, while the coalescence medium in other areas, still still compressed the valve seat is still present.
  • the openings of the nozzle arrangement which are covered by these regions of the coalescing medium lying against the valve seat, consequently guide such portions of the gas flow through the pressure limiting valve, which flow through the coalescing medium.
  • the coalescing medium decompresses, the fiber spacings increase, but due to the higher flow rate, not so high fiber spacings are required. Decompression allows the coalescence medium to be flushed free of any particles that may have been fixed. This may extend the useful life of the coalescing media deposition.
  • the gap surface increases, so that an increasingly larger gap between the coalescing medium and the valve seat is created.
  • the openings of the nozzle arrangement are arranged in such a way that with increasing gap size gradually more openings open into this gap, so are in flow communication with the gap.
  • the surface of the valve seat facing the coalescing medium comes closer to the coalescing medium or to the valve disk in the middle region than at the edge.
  • This embodiment makes it possible to use a coalescing medium, which can be produced, for example, as a flat disk from a sheet material and is therefore particularly economical to obtain. Since such a coalescence medium has a flat surface, the described profile of the valve seat causes the desired, differing surface design.
  • the first gap surface initially results at the outer peripheral edge of the valve seat, which is then gradually increased, the farther the valve disk with the coalescing medium is removed from the valve seat.
  • a first variant of the pressure limiting valve can provide that the surface of the valve seat runs concavely concave from the middle region to the edge. In this way, with small changes in the distance of the valve disk from the valve seat already allows a large increase in the gap size.
  • the surface of the valve seat runs convexly curved from the middle region to the edge.
  • the coalescing medium is kept in contact with the valve seat with increasing distance of the valve disk from the valve seat over a comparatively long distance.
  • the surface of the valve seat is rectilinearly conical from the center to the edge, so that a linear relationship between the gap size and the movement of the valve disk into its open position is effected.
  • the three variants described can be selected, for example, depending on which composition has the gas guided through the gas line, or how the openings in the valve seat and in the valve plate are configured.
  • a fourth variant of this basically conical design of the valve seat is that a surface facing the coalescing medium spirals from the middle region to the edge, so that a step-like connection of individual openings of the nozzle arrangement into the impactor operation can be avoided in a particularly effective manner, and moreover a gradual enlargement the gap surface is effected, which can be particularly well adapted to the likewise not gradual, but continuously increasing size of the gas stream.
  • the surface of the coalescing medium facing the valve seat runs in a three-dimensional manner.
  • this surface, as described for the valve seat may be substantially conical, for example concave, convex or rectilinear.
  • this surface of the coalescence medium has radially extending ribs and valleys.
  • the coalescing medium is not designed as a molded article which is expensive to produce, but rather the three-dimensional surface design is effected by virtue of the fact that the coalescing medium consists of a plurality of concentrically arranged flat panes which have different diameters.
  • the coalescing medium consists of a plurality of concentrically arranged flat panes which have different diameters.
  • a fundamentally conical, but stepped course of the surface of the coalescing medium can be effected, wherein to create such a three-dimensionally shaped body several different sized flat slices, which have been produced for example from a sheet material, placed and connected to each other.
  • this basically conical configuration of the surface of the coalescence medium it is provided that the coalescing medium in its central region comes closer to the valve seat than at the edge. In this way, it is ensured that the gap between the coalescing medium and the valve seat is formed in the radially outer region of the pressure limiting valve, so that the gas can flow unhindered through this gap.
  • the coalescing medium may advantageously contain a plurality of fibers, so that overall a large surface area is available at which the aerosol particles can precipitate.
  • the coalescing medium may contain fibers of paper, plastic or metal.
  • the coalescing medium is designed as a fiber fleece.
  • Non-woven fabrics are commercially available from a wide variety of materials and with different densities, so that the coalescing medium used according to the proposal can be produced economically.
  • the proposed pressure relief valve can be used particularly advantageous in a ⁇ lnebelabscheider application, as provided for example in compressors or in the crankcase ventilation of an internal combustion engine, and in principle in all venting situations in which a mist, in particular oil mist arises.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of a pressure relief valve in its closed position
  • Fig. 5 is a perspective view into the interior of
  • Valve seat of the pressure relief valve of FIGS. 1 to 4 the
  • 6 - 9 are side views of further embodiments of valve seats.
  • Fig. 10 is a view similar to Fig. 4, to a further embodiment of a pressure limiting valve located in its open position.
  • 1 denotes in each case a total of a pressure relief valve, which has a valve body 2 which forms a valve disk 3 and a valve stem 4.
  • a valve spring 5 supports the valve body 2 on a component, which is referred to as a seat component 6.
  • the valve spring 5 acts in the upper region on the valve stem 4 and is designed as a compression spring, so that it endeavors to raise the valve body 2 relative to the seat member 6 upwards.
  • a coalescing medium 7 is arranged, which is designed as a flat, round, centrally perforated disc, through the central opening of the valve stem 4 extends.
  • the coalescing medium 7 consists of a fiber fleece and is made compressible with respect to the force of the valve spring 5, so that it is pressed by means of the spring force of the valve spring 5 against the seat member 6 and thereby compressed.
  • FIG. 1 the coalescing medium 7 is shown in the decompressed state, and the penetrations with the seat component 6 show that, deviating from the idealized illustration of FIG. 1, the coalescing medium 7 is actually compressed in the region of these penetrations.
  • the coalescing medium 7 rests against the seat component 6 along a surface which is designated as a valve seat 8. In the radially outer region, the coalescing medium 7 bears uncompressed on the valve seat 8, while the remaining surfaces of the valve seat 8, corresponding to the penetration which can be seen in FIG. 1, compress the coalescing medium 7 applied to them to different degrees.
  • a plurality of separate passages in the form of nozzle openings 9 are provided, which are referred to collectively as a nozzle assembly 10 and separated by webs 1 1 of the seat member 6 from each other or limited.
  • valve plate 3 passages are provided, which are referred to as apertures 15, so that a gas flow flowing through the nozzle assembly 10 in the coalescing 7, the coalescing medium 7 can leave through the openings 15 of the valve actuator 3.
  • apertures 15 the pressure relief valve 1 and its valve body 2 is shown in its closed position, in which all the nozzle openings 9 of the nozzle assembly 10 are covered by coalescence zenzmedium 7. The deposition of im
  • Fig. 2 shows the pressure relief valve 1 of Fig. 1 in an operating condition in which a larger volume flow has led to the valve body 2 has been guided against the action of the valve spring 5 from its closed position partially in the direction of an open position of the valve.
  • the valve body 2 has been removed so far from the valve seat 8, that the coalescing 7 no longer abuts the valve seat 8 in its radially outer region, but that here a gap 12 is formed, while in the radially further inner regions, the coalescing 7 there areas of the valve seat 8 is still applied and in some cases is still compressed by the valve seat 8, as the indicated penetrations illustrate.
  • valve 3 shows a further operating state of the pressure limiting valve 1 with a further increase in the volume flow, the pressure relief valve 1 flows through.
  • the valve disk 3 is further away from the valve seat 8, the gap width of the gap 12 has thereby increased, but also the gap size has been increased overall, and as a result, only the radially inner nozzle openings 9 of the nozzle assembly 10 open into the coalescing 7, while the radially outwardly arranged nozzle openings 9 open into the gap 12 and accordingly cause a reversal of the direction of these nozzle openings 9 by flowing gas, so that in this radially outer region of the pressure relief valve is operated as an impactor.
  • FIG. 4 shows the pressure limiting valve 1 in its open position, in which the valve disk 3 and thus the coalescing medium 7 are so far away from the valve seat 8 that all nozzle openings 9 of the nozzle arrangement 10 open into the gap 12. Only in the radially innermost region is the coalescing medium 7 still in contact with the valve seat 8, but this has no effect on the flowability of the nozzle arrangement 10.
  • Fig. 5 shows a perspective view of the interior of the seat member 6 with the annular, stepwise arranged individual portions of the valve seat 8 and the webs 1 1, which extend between the nozzle openings 9 of the nozzle assembly 10.
  • FIG. 6 shows a side view of the central area of a seat component 6 without the outer collar of the seat component 6 shown in FIGS. 1 to 5.
  • This central area of the seat component 6 runs concavely in the exemplary embodiment of FIG curved curve, wherein the middle region of the valve seat 8, as in the embodiment of FIGS. 1 to 5, closer to the valve disk 3 or to the coalescing 7 extends as the radially outer region of the valve seat.
  • Fig. 7 shows in a representation similar to Fig. 6, a further embodiment of a seat member 6, in which the valve seat 8 is not concave, but convexly curved, that is, with a bulging outwardly bulging.
  • Fig. 8 shows a view similar to Fig. 6 and Fig. 7, wherein the valve seat 8 in principle is also conical, as in the embodiments of FIGS. 6 and 7, but in its radial course neither convex nor concave, but straight conical ,
  • Fig. 9 shows in a view similar to Figs. 6 to 8, a valve seat 8 which extends in a spiral, wherein between the passages of the spiral, the nozzle openings 9 are provided.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a pressure-limiting valve 1 in a view similar to FIG. 4, that is to say in its open position.
  • the coalescing medium 7 has a surface facing the valve seat 8, which is designed in three dimensions. This is achieved in that differently sized, respectively flat disks 14 made of the material of the coalescing medium 7 are arranged one above the other. It is provided purely by way of example that discs of different thicknesses have been processed. By way of derogation, it may in particular be advantageously provided that all disks 14 have the same material thickness, so that they can be produced, for example, from the same material web.
  • the fiber spacing inside the coalescence medium 7 in the decompressed state is greater than in the compressed state of the coalescing medium 7.
  • this is not disadvantageous for the separation efficiency of the coalescing medium 7 inasmuch as, at the high volume flows, those portions of the gas flow which are not diverted into the gap 12 but enter the coalescence medium 7 occur at such a high flow rate that These conditions a good separation efficiency of the coalescent 7 is achieved.

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Abstract

Bei einem Druckbegrenzungsventil (1) einer Aerosole führenden Gasleitung, mit einem beweglichen Ventilkörper (2), und einem Ventilsitz (8), wobei der Ventilkörper (2) mit Düsenöffnungen (9) und der Ventilsitz (8) mit Durchbrüchen (15) versehen ist, und zwischen dem Ventilkörper (2) und dem Ventilsitz (8) ein komprimierbares Koaleszenzmedium (7) angeordnet ist, schlägt die Erfindung vor, dass die einander zugewandten Oberflächen des Koaleszenzmediums (7) und des Ventilsitzes (8) derart voneinander abweichend ausgestaltet sind, dass bei der Bewegung in die Offenstellung mit zunehmendem Abstand des Ventilkörpers (2) und des Koaleszenzmediums (7) von dem Ventilsitz (8) ein zunehmend großflächigerer Spalt (12) zwischen dem Koaleszenzmedium (7) und dem Ventilsitz (8) vorliegt und nacheinander eine zunehmende Anzahl von Düsenöffnungen(9) der Düsenanordnung (10) mit diesem Spalt (12) in Strömungsverbindung steht.

Description

"Druckbegrenzungsventil"
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Aus der DE 10 2010 029 322 A1 ist ein gattungsgemäßes Druckbegrenzungsventil bekannt. Bei geringen Volumenströmen behält der Ventilkörper seine Schließstellung bei, in welcher er an dem Ventilsitz anliegt. In diesem Fall wird das Gas durch die
Durchbrüche geleitet, die im Ventilsitz und im Ventilkörper vorgesehen sind. Das Gas wird dabei durch das Koaleszenzmedi- um geleitet, welches sich zwischen Ventilsitz und Ventilkörper befindet. Aerosole, die im Gasstrom enthalten sind, werden da- bei im Koaleszenzmedium aufgefangen, koagulieren zu größeren Tröpfchen, und können dann als entsprechend große Tropfen aus dem Gasstrom ausgeschleust werden.
Bei größeren Volumenströmen wird der Ventilkörper entgegen der Kraftwirkung, die ihn normalerweise in seiner Schließstellung hält und an den Ventilsitz anlegt, in seine Offenstellung bewegt, beispielsweise gegen die Wirkung einer den Ventilkörper beaufschlagenden Feder. In dieser Offenstellung ergibt sich ein Spalt zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Ventilsitz, so dass der Gasstrom durch das Druckbegrenzungsventil wie durch einen Impaktor geführt wird. Aufgrund einer Richtungsumlenkung gelangen die vergleichsweise schwereren Aerosolpartikel nach wie vor in das Koaleszenzmedium, während der Gasstrom ansonsten entlang der Oberfläche des Koaleszenzmediums durch den Spalt strömt, der zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Ventilsitz geschaffen ist, wenn sich der Ventilkörper in seiner Offenstellung befindet.
Derartige Druckbegrenzungsventile berücksichtigen den Umstand, dass bei geringen Volumenströmen eine gute Abschei- dungswirkung dadurch erzielt wird, dass der Gasstrom mit den Aerosolen durch das Koaleszenzmedium hindurchtritt, während bei größeren Volumenströmen und dementsprechend höheren Strömungsgeschwindigkeiten zusätzlich die Impaktorwirkung mit einer guten Abscheiderleistung wirkt, die bei den geringen Volumenströmen nicht erzielt werden kann. Auf diese Weise ermöglichen die gattungsgemäßen Druckbegrenzungsventile erstens eine Anpassung an die herrschenden Strömungsverhältnisse in der Gasleitung und verhindern einen unzulässigen Druckanstieg, und zweitens stellen sie auch bei den unterschiedlichen Strömungsverhältnissen stets eine gute Abscheidungswirkung des Druckbegrenzungsventils sicher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Druckbegrenzungsventil dahingehend zu verbessern, dass dieses besonders feinfühlig an unterschiedliche Strömungsverhältnisse, die in der Gasleitung herrschen, angepasst ist und somit stets eine optimale Abscheideleistung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Ölnebelabscheiders wird dadurch erreicht, dass dieser mit einem vorschlagsgemäßen Druckbegrenzungsventil ausgestattet ist. Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, mehrere unterschiedliche Betriebszustände des Druckbegrenzungsventils zu ermöglichen, nämlich entweder den reinen Abscheiderbetrieb oder den zugeschalteten Impaktorbetrieb, wobei auch Zwischenzustände zu ermöglichen, bei denen ein Teil des Koaleszenz- mediums im üblichen Abscheiderbetrieb betrieben wird und von dem Gasstrom durchströmt wird, während ein anderer Teil des Koaleszenzmediums im Impaktorbetrieb betrieben wird und ein Teil des Gasstroms an der Oberfläche des Koaleszenzmediums entlang geführt wird. Vorschlagsgemäß kann die Aufteilung zwischen Abscheider- und Impaktorbetrieb in mehreren unterschiedlichen Gewichtungen erfolgen. Auf diese Weise wird eine Anpassung an unterschiedliche Volumenströme ermöglicht: Wenn eine bestimmte Druckdifferenz - üblicherweise korrelierend mit einem bestimmten Volumenstrom - in der Gasleitung überschritten wird, öffnet das Druckbegrenzungsventil, wobei der Ventilteller allerdings noch nicht in seine endgültige Offenstellung geführt wird, sondern vielmehr in eine Zwischenstellung, die beispielsweise lediglich einem Anteil des insgesamt möglichen Ventilhubs entspricht. Bei zwei vollständig komplementär zueinander ausgestalteten Oberflächen des Ventilsitzes einerseits und des Koaleszenzmediums andererseits würde sich bereits in dieser Zwischenstellung ein vollflächiger Spalt ergeben, und bei der weiteren Bewegung des Ventilkörpers in seine Offenstellung würde lediglich die Spaltbreite vergrößert.
Vorschlagsgemäß hingegen sind die einander zugewandten Oberflächen des Koaleszenzmediums und des Ventilsitzes jedoch bewusst nicht exakt komplementär zueinander ausgestaltet, sondern vielmehr derart voneinander abweichend, dass in der Zwischenstellung des Ventilkörpers zwar ein Spalt zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Ventilsitz entsteht, dieser Spalt sich jedoch nicht über die gesamte Fläche des Koaleszenzmediums erstreckt. Diese so genannte„Spaltgröße" wird im Rahmen des vorliegenden Vorschlages von der Spaltbreite unterschieden, wobei die Spaltbreite den Abstand zwischen Koa- leszenzmedium und Ventilsitz bezeichnet, während die Spaltgröße die Fläche bezeichnet, über welche sich der Spalt am Ventilsitz bzw. am Koaleszenzmedium erstreckt.
Da das Koaleszenzmedium komprimierbar ist, liegt es in der Schließstellung des Ventiltellers dem Ventilsitz spaltfrei an. Bei zu nehmendem Abstand des Ventiltellers vom Ventilsitz wird das dazwischen befindliche Koaleszenzmedium zunehmend dekomprimiert, und aufgrund der voneinander abweichenden Oberflächenausgestaltung ergibt sich in bestimmten Bereichen der erwähnte Spalt zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Ventilsitz, während das Koaleszenzmedium in anderen Bereichen, nach wie vor noch komprimiert, dem Ventilsitz nach wie vor anliegt. Die Durchbrüche der Düsenanordnung, die durch diese dem Ventilsitz anliegenden Bereiche des Koaleszenzmediums abgedeckt sind, leiten folglich solche Anteile des Gasstroms durch das Druckbegrenzungsventil, welche das Koaleszenzmedium durchströmen. Die anderen Durchbrechungen der Düsenanordnung, die an den entstandenen Spalt münden, führen denjenigen Anteil des Gasstroms, der dann zwischen Ventilsitz und Koaleszenzmedium eine Richtungsumkehr erfährt und über das Koaleszenzmedium hinwegströmt, so dass für diesen Anteil des Gasstroms das Druckbegrenzungsventil als Impaktor wirkt.
Mit zunehmendem Abstand des Ventilkörpers vom Ventilsitz wird das Koaleszenzmedium nach und nach immer weiter dekomprimiert, bis es ggf. überhaupt nicht mehr dem Ventilsitz anliegt, wenn sich der Ventilteller in seiner Offenstellung befindet. In diesem Betriebszustand, der bei hohen Druckdifferenzen bzw. Volumenströmen erreicht wird, welche die Gasleitung durchströmen, wirkt das Druckbegrenzungsventil insbesondere als Impaktor, wobei im Zusammenhang mit der Impaktorwirkung zu beachten ist, dass ein geringer Anteil des Gases auch bei der Impaktorwirkung in das Koaleszenzmaterial eindringt und hier zu einem gewissen Anteil nach wie vor eine Abscheidungswirkung durch Durchströmung bewirkt wird. Bei geringen Druckdifferen- zen bzw. Volumenströmen haben wir ein in der Mitte komprimierteres Koaleszenzmedium, dadurch geringere Faserabstände und bei den niedrigen Fließgeschwindigkeiten auch bessere Ab- scheidung. Bei höheren Volumenströmen dekomprimiert das Koaleszenzmedium, die Faserabstände werden größer, aber aufgrund der höheren Fließgeschwindigkeit werden auch nicht mehr so hohe Faserabstände benötigt. Durch die Dekomprimie- rung kann das Koaleszenzmedium von evtl. festgesetzten Partikeln regelrecht "freigespült" werden. Dadurch kann möglicherweise die Nutzungsdauer bei der Abscheidung über das Koaleszenzmedium verlängert werden.
Mit zunehmendem Abstand des Ventilkörpers vom Ventilsitz vergrößert sich folglich die Spaltfläche, so dass ein zunehmend großflächigerer Spalt zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Ventilsitz geschaffen wird. Die Durchbrüche der Düsenanordnung sind dabei in der Weise angeordnet, dass mit zunehmender Spaltgröße nach und nach mehr Durchbrüche in diesen Spalt münden, also mit dem Spalt in Strömungsverbindung stehen.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die dem Koaleszenzmedium zugewandte Oberfläche des Ventilsitzes im mittleren Bereich näher an das Koaleszenzmedium bzw. an den Ventilteller heranreicht als am Rand. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung eines Koaleszenzmediums, welches beispielsweise als flache Scheibe aus einem Bahnmaterial erzeugt werden kann und somit besonders wirtschaftlich erhältlich ist. Da ein solches Koaleszenzmedium eine plane Oberfläche aufweist, bewirkt der beschriebene Verlauf des Ventilsitzes die gewünschte, voneinander abweichende Oberflächengestaltung. Zudem ergibt sich bei dieser Ausgestaltung zunächst am äußeren umlaufenden Rand des Ventilsitzes die erste Spaltfläche, die dann nach und nach vergrößert wird, je weiter der Ventilteller mit dem Koaleszenzmedium vom Ventilsitz entfernt wird. Von dieser beschriebenen, im Grundsatz konischen Ausgestaltung ausgehend, kann eine erste Variante des Druckbegrenzungsventils vorsehen, dass die Fläche des Ventilsitzes vom mittleren Bereich bis zum Rand konkav gewölbt verläuft. Auf diese Weise wird bei geringen Abstandsänderungen des Ventiltellers vom Ventilsitz bereits eine starke Vergrößerung der Spaltgröße ermöglicht.
In einer zweiten Variante kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Ventilsitzes vom mittleren Bereich bis zum Rand konvex gewölbt verläuft. In diesem Fall wird bei zunehmendem Abstand des Ventiltellers vom Ventilsitz noch über eine vergleichsweise lange Strecke das Koaleszenzmedium im Kontakt mit dem Ventilsitz gehalten.
In einer dritten Variante kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Ventilsitzes von der Mitte bis zum Rand geradlinig konisch verläuft, so dass ein linearer Zusammenhang zwischen der Spaltgröße und der Bewegung des Ventiltellers in seine Offenstellung bewirkt wird.
Die drei beschriebenen Varianten können beispielsweise in Abhängigkeit davon gewählt werden, welche Zusammensetzung das durch die Gasleitung geführte Gas aufweist, oder wie die Durchbrüche im Ventilsitz und im Ventilteller ausgestaltet sind.
Eine vierte Variante dieser im Grundsatz konischen Ausgestaltung des Ventilsitzes besteht darin, dass eine dem Koaleszenzmedium zugewandte Oberfläche vom mittleren Bereich bis zum Rand spiralig verläuft, so dass besonders effektiv eine stufenartige Zuschaltung einzelner Durchbrüche der Düsenanordnung in den Impaktorbetrieb vermieden werden kann und vielmehr eine allmähliche Vergrößerung der Spaltfläche bewirkt wird, die besonders gut der ebenfalls nicht stufig, sondern kontinuierlich ansteigenden Größe des Gasstroms angepasst sein kann. Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung des Koales- zenzmediums als flache Scheibe kann vorgesehen sein, dass die dem Ventilsitz zugewandte Oberfläche des Koaleszenzmedi- ums dreidimensional verläuft. Beispielsweise kann diese Ober- fläche ähnlich wie für den Ventilsitz beschrieben, im Wesentlichen konisch verlaufen, beispielsweise konkav, konvex oder geradlinig konisch verlaufen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass diese Oberfläche des Koaleszenzmediums radial verlaufende Rippen und Täler aufweist.
Vorteilhaft kann allerdings vorgesehen sein, das Koaleszenzmedium nicht als aufwendig herzustellenden Formkörper auszugestalten, sondern die dreidimensionale Oberflächengestaltung vielmehr dadurch zu bewirken, dass das Koaleszenzmedium aus mehreren konzentrisch angeordneten flachen Scheiben besteht, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise kann ein grundsätzlich konischer, allerdings gestufter Verlauf der Oberfläche des Koaleszenzmediums bewirkt werden, wobei zur Schaffung eines solchen dreidimensional geformten Körpers mehrere unterschiedlich große flache Scheiben, die beispielsweise aus einem Bahnmaterial erzeugt worden sind, aufeinander gelegt und miteinander verbunden werden können. Bei dieser im Grundsatz konischen Ausgestaltung der Oberfläche des Koaleszenzmediums ist vorgesehen, dass das Koaleszenzmedium in seinem mittleren Bereich näher an den Ventilsitz heranreicht als am Rand. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Spalt zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Ventilsitz im radial äußeren Bereich des Druckbegrenzungsventils entsteht, so dass das Gas ungehindert durch diesen Spalt strömen kann.
Das Koaleszenzmedium kann vorteilhaft eine Vielzahl von Fasern enthalten, so dass insgesamt eine große Oberfläche zur Verfügung steht, an welcher sich die Aerosolpartikel niederschlagen können. Beispielsweise kann das Koaleszenzmedium Fasern aus Papier, Kunststoff oder Metall enthalten. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Koa- leszenzmedium als Faservlies ausgestaltet ist. Faservliese sind aus den unterschiedlichsten Materialien und mit den unterschiedlichsten Raumgewichten als Bahnware handelsüblich, so dass das vorschlagsgemäß verwendete Koaleszenzmedium wirtschaftlich herstellbar ist.
Das vorschlagsgemäße Druckbegrenzungsventil kann insbesondere vorteilhaft in einem Ölnebelabscheider Anwendung finden, wie er beispielsweise bei Kompressoren vorgesehen ist oder im Bereich der Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine, sowie grundsätzlich in allen Entlüftungssituationen, bei denen ein Nebel, insbesondere Ölnebel entsteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druckbegrenzungsventils in seiner Schließstellung,
Fig. 2 - 4 das Druckbegrenzungsventil von Fig. 1 in unterschiedlichen Stellungen bis zu seiner Offenstellung,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht in das Innere des
Ventilsitzes des Druckbegrenzungsventils der Fig. 1 bis 4, die
Fig. 6 - 9 Seitenansichten auf weitere Ausführungsbeispiele von Ventilsitzen, und
Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines sich in seiner Offenstellung befindenden Druckbegrenzungsventils.
In den Zeichnungen ist mit 1 jeweils insgesamt ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet, welches einen Ventilkörper 2 aufweist, der einen Ventilteller 3 und einen Ventilschaft 4 bildet. Eine Ventilfeder 5 stützt den Ventilkörper 2 an einem Bauteil ab, welches als Sitzbauteil 6 bezeichnet wird. Die Ventilfeder 5 wirkt im oberen Bereich auf den Ventilschaft 4 ein und ist als Druckfeder ausgestaltet, so dass sie bestrebt ist, den Ventilkörper 2 gegenüber dem Sitzbauteil 6 nach oben anzuheben.
Auf dem Ventilteller 3 ist ein Koaleszenzmedium 7 angeordnet, welches als flache, runde, mittig gelochte Scheibe ausgestaltet ist, durch deren mittlere Öffnung sich der Ventilschaft 4 erstreckt. Das Koaleszenzmedium 7 besteht aus einem Faservlies und ist in Bezug auf die Kraft der Ventilfeder 5 komprimierbar ausgestaltet, so dass es mittels der Federkraft der Ventilfeder 5 gegen das Sitzbauteil 6 gepresst und dabei komprimiert wird. In Fig. 1 ist das Koaleszenzmedium 7 im dekomprimierten Zustand dargestellt, und die Durchdringungen mit dem Sitzbauteil 6 zeigen, dass abweichend von der idealisierten Darstellung der Fig. 1 das Koaleszenzmedium 7 im Bereich dieser Durchdringungen tatsächlich komprimiert wird.
Dabei liegt das Koaleszenzmedium 7 dem Sitzbauteil 6 entlang einer Oberfläche an, die als Ventilsitz 8 bezeichnet ist. Im radial äußeren Bereich liegt das Koaleszenzmedium 7 dem Ventilsitz 8 unkomprimiert an, während die übrigen Flächen des Ventilsitzes 8, entsprechend der in Fig. 1 erkennbaren Durchdringung, das ihnen anliegende Koaleszenzmedium 7 unterschiedlich stark komprimieren.
Im Sitzbauteil 6 sind mehrere separate Durchlässe in Form von Düsenöffnungen 9 vorgesehen, die gemeinsam als Düsenanordnung 10 bezeichnet sind und durch Stege 1 1 des Sitzbauteils 6 voneinander getrennt bzw. begrenzt sind.
Auch im Ventilteller 3 sind Durchlässe vorgesehen, die als Durchbrüche 15 bezeichnet sind, so dass ein Gasstrom, der durch die Düsenanordnung 10 in das Koaleszenzmedium 7 strömt, das Koaleszenzmedium 7 durch die Durchbrüche 15 des Ventilstellers 3 verlassen kann. In Fig. 1 ist das Druckbegrenzungsventil 1 bzw. dessen Ventilkörper 2 in seiner Schließstellung dargestellt, in welcher sämtliche Düsenöffnungen 9 der Düsenanordnung 10 vom Koales- zenzmedium 7 abgedeckt sind. Die Abscheidung von im
Gasstrom mitgeführter Aerosole erfolgt im reinen Abscheiderbetrieb, bei welcher der Gasstrom vollständig durch das Koales- zenzmedium 7 hindurchgeführt wird.
Der Gasstrom beaufschlagt den Ventilkörper 2 in einer Richtung, die der Wirkung der Ventilfeder 5 entgegengesetzt ist, so dass der Gasstrom bestrebt ist, das Druckbegrenzungsventil 1 gegen die Wirkung der Ventilfeder 5 zu öffnen. Bei geringen Volumenströmen verbleibt der Ventilkörper 2 jedoch in seiner in Fig. 1 dargestellten Schließstellung. Dadurch, dass das Koaleszenz- medium 7 dabei durch den Ventilsitz 8 im Bereich der Düsenanordnung 10 komprimiert wird, ergibt sich für diese geringen Volumenströme eine sehr dichte Anordnung der Fasern innerhalb des Faservlieses, welches das Koaleszenzmedium 7 bildet.
Fig. 2 zeigt das Druckbegrenzungsventil 1 von Fig. 1 in einem Betriebszustand, in welchem ein größerer Volumenstrom dazu geführt hat, dass der Ventilkörper 2 entgegen der Wirkung der Ventilfeder 5 aus seiner Schließstellung teilweise in Richtung einer Offenstellung des Ventils geführt worden ist. Dabei ist der Ventil körper 2 so weit vom Ventilsitz 8 entfernt worden, dass das Koaleszenzmedium 7 in seinem radial äußeren Bereich nicht mehr dem Ventilsitz 8 anliegt, sondern dass hier ein Spalt 12 entstanden ist, während in den radial weiter inneren Bereichen das Koaleszenzmedium 7 den dortigen Bereichen des Ventilsitzes 8 nach wie vor anliegt und teilweise auch noch vom Ventilsitz 8 komprimiert wird, wie die eingezeichneten Durchdringungen verdeutlichen.
Fig. 3 zeigt einen weiteren Betriebszustand des Druckbegrenzungsventils 1 bei einer weiteren Zunahme des Volumenstroms, der das Druckbegrenzungsventil 1 durchströmt. Der Ventilteller 3 ist dabei noch weiter vom Ventilsitz 8 entfernt, die Spaltbreite des Spalts 12 hat sich dadurch vergrößert, aber auch die Spaltgröße insgesamt ist vergrößert worden, und im Ergebnis münden nur noch die radial inneren Düsenöffnungen 9 der Düsenanordnung 10 in das Koaleszenzmedium 7, während die radial weiter außen angeordneten Düsenöffnungen 9 in den Spalt 12 münden und dementsprechend eine Richtungsumkehr des diese Düsenöffnungen 9 durchströmenden Gases bewirken, so dass in diesem radial äußeren Bereich das Druckbegrenzungsventil als Impaktor betrieben wird.
Fig. 4 zeigt schließlich das Druckbegrenzungsventil 1 in seiner Offenstellung, in welcher der Ventilteller 3 und damit das Koaleszenzmedium 7 so weit von dem Ventilsitz 8 entfernt sind, dass sämtliche Düsenöffnungen 9 der Düsenanordnung 10 in den Spalt 12 münden. Lediglich im radial innersten Bereich liegt das Koaleszenzmedium 7 dem Ventilsitz 8 noch an, was jedoch keine Auswirkung auf die Durchströmbarkeit der Düsenanordnung 10 hat.
Fig. 5 zeigt einen perspektivischen Blick auf das Innere des Sitzbauteils 6 mit den ringförmigen, stufenweise angeordneten einzelnen Abschnitten des Ventilsitzes 8 und den Stegen 1 1 , die zwischen den Düsenöffnungen 9 der Düsenanordnung 10 verlaufen.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht auf den zentralen Bereich eines Sitzbauteils 6, ohne den aus den Fig. 1 bis 5 ersichtlichen äußeren Kragen des Sitzbauteils 6. Dieser zentrale Bereich des Sitzbauteils 6 verläuft bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 konkav, also in einer eingezogen gewölbten Kurve, wobei der mittlere Bereich des Ventilsitzes 8 sich wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 näher an den Ventilteller 3 bzw. an das Koaleszenzmedium 7 heran erstreckt als der radial weiter außen befindliche Bereich des Ventilsitzes 8. Fig. 7 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sitzbauteils 6, bei welchem der Ventilsitz 8 nicht konkav, sondern konvex gebogen verläuft, also mit einer nach außen bauchig verlaufenden Wölbung.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 6 und Fig. 7, wobei der Ventilsitz 8 im Grundsatz ebenso konisch verläuft, wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 und 7, jedoch in seinem radialen Verlauf weder konvex noch konkav, sondern geradlinig konisch verläuft.
Fig. 9 zeigt in einer Ansicht ähnlich den Fig. 6 bis 8 einen Ventilsitz 8, der spiralförmig verläuft, wobei zwischen den Gängen der Spirale die Düsenöffnungen 9 vorgesehen sind.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Druckbegrenzungsventils 1 in einer Ansicht ähnlich Fig. 4, also in seiner Offenstellung.
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 ist in Fig. 10 vorgesehen, dass das Koaleszenzmedium 7 eine zum Ventilsitz 8 gerichtete Oberfläche aufweist, die dreidimensional gestaltet ist. Dies ist dadurch erreicht, dass unterschiedlich große, jeweils flache Scheiben 14 aus dem Material des Koales- zenzmediums 7 übereinander angeordnet sind. Dabei ist rein beispielhaft vorgesehen, dass Scheiben unterschiedlicher Dicke verarbeitet worden sind. Abweichend dazu kann insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein, dass sämtliche Scheiben 14 die gleiche Materialstärke aufweisen, so dass sie beispielsweise aus derselben Materialbahn erzeugt werden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 und auch bei den anderen Ausführungsbeispielen gilt, dass der Faserabstand innerhalb des Koaleszenzmediums 7 im dekomprimierten Zustand größer ist als im komprimierten Zustand des Koaleszenzmediums 7. Dies ist für die Abscheideleistung des Koaleszenzmediunns 7 jedoch insofern nicht nachteilig, als bei den hohen Volumenströmen diejenigen Anteile des Gasstroms, die nicht in den Spalt 12 umgelenkt werden, sondern in das Koaleszenzmedium 7 eintre- ten, mit einer so hohen Fließgeschwindigkeit eintreten, dass unter diesen Bedingungen eine gute Abscheidewirksamkeit des Koaleszenzmediums 7 erzielt wird.
Bezugszeichen:
1 Druckbegrenzungsventil
2 Ventilkörper
3 Ventilteller
4 Ventilschaft
5 Ventilfeder
6 Sitzbauteil
7 Koaleszenzmedium
8 Ventilsitz
9 Düsenöffnung
10 Düsenanordnung
1 1 Steg
12 Spalt
14 Scheibe
15 Durchbruch

Claims

Druckbegrenzungsventil (1 ) einer Aerosole führenden Gasleitung, mit einem Ventilkörper (2), der zwischen einer einem Ventilsitz (8) anliegenden Schließstellung und einer vom Ventilsitz (8) beabstandeten Offenstellung beweglich ist, und der kraftbelastet in seiner Schließstellung gehalten ist und gegen die Kraftwirkung aus der Schließstellung in die Offenstellung beweglich ist, wobei der Ventilkörper (2) mit Durchbrüchen (15) und der Ventilsitz (8) mit Düsenöffnungen (9) versehen ist, derart, dass der Ventilkörper (2) auch in der Schließstellung für in der Gasleitung strömendes Gas durchlässig ist, und der Ventilsitz (8) mehrere, gemeinsam als Düsenanordnung (10) bezeichnete, Düsenöffnungen (9) aufweist, und wobei zwischen dem Ventilkörper (2) und dem Ventilsitz (8) ein komprimierbares Koaleszenzmedium (7) derart angeordnet ist, dass es dem Ventilsitz (8) komprimiert anliegt, wenn sich der Ventil körper (2) in der Schließstellung befindet, und dass es, wenn sich der Ventilkörper (2) in der Offenstellung befindet, von dem Ventilsitz (8) beabstandet ist und mittels dieses Abstandes einen Spalt (12) schafft, welcher in Strömungsverbindung mit den Düsenöffnungen (9) steht, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Oberflächen des Koales- zenzmediums (7) und des Ventilsitzes (8) derart voneinander abweichend ausgestaltet sind, dass bei der Bewegung in die Offenstellung mit zunehmendem Abstand des Ventilkörpers (2) und des Koaleszenz- mediums (7) von dem Ventilsitz (8) • ein zunehmend großflächigerer Spalt (12) zwischen dem Koaleszenzmedium (7) und dem Ventilsitz (8) vorliegt • und nacheinander eine zunehmende Anzahl von Düsenöffnungen (9) der Düsenanordnung (10) mit diesem Spalt (12) in Strömungsverbindung steht. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dem Koaleszenzmedium (7) zugewandte Oberfläche des Ventilsitzes (8) im mittleren Bereich näher an das Koaleszenzmedium (7) heranreicht als am Rand. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Koaleszenzmedium (7) zugewandte Oberfläche des Ventilsitzes (8) vom mittleren Bereich bis zum Rand konkav gewölbt verläuft. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Koaleszenzmedium (7) zugewandte Oberfläche des Ventilsitzes (8) vom mittleren Bereich bis zum Rand konvex gewölbt verläuft. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Koaleszenzmedium (7) zugewandte Oberfläche des Ventilsitzes (8) vom mittleren Bereich bis zum Rand geradlinig konisch verläuft. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Koaleszenzmedium (7) zugewandte Oberfläche des Ventilsitzes (8) vom mittleren Bereich bis zum Rand spiralig verläuft. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzmediunn (7) als flache Scheibe ausgestaltet ist. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ventilsitz (8) zugewandte Oberfläche des Koaleszenzmediums (7) dreidimensional verläuft. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzmedium (7) aus mehreren konzentrisch angeordneten, flachen Scheiben unterschiedlicher Durchmesser aufgebaut ist und im mittleren Bereich näher an den Ventilsitz (8) heran reicht als am Rand. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzmedium (7) eine Vielzahl von Fasern enthält. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaleszenzmedium (7) als Faservlies ausgestaltet ist. 30 Olnebelabscheider, mit einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestalteten Druckbegrenzungsventil
(1 )-
35
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