WO2021056037A1 - Ventil - Google Patents

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WO2021056037A1
WO2021056037A1 PCT/AT2020/060312 AT2020060312W WO2021056037A1 WO 2021056037 A1 WO2021056037 A1 WO 2021056037A1 AT 2020060312 W AT2020060312 W AT 2020060312W WO 2021056037 A1 WO2021056037 A1 WO 2021056037A1
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actuating element
sealing body
stop
housing
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PCT/AT2020/060312
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Andreas Zieger
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Andreas Zieger
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a valve according to the preamble of claim 1.
  • Container valves for pressurized gas containers for storing gaseous fuels such as natural gas or hydrogen with separate refueling and withdrawal paths are in the refueling path with a non-return valve and a manual shut-off valve and in the withdrawal path with an electromagnetic shut-off valve, a pipe burst safety device and a manual shut-off valve and also with a manual one Emptying valve and a temperature-controlled safety valve TPRD executed, whereby the check valve closes the refueling path after refueling, the manual shut-off valves close the refueling path during refueling and the removal path during removal, the electromagnetic shut-off valve opens the removal path in the energized state or closes the pipe rupture protection when de-energized Withdrawal path closes with large withdrawal amounts such as a pipe tear, the manual emptying valve opens a container access for emergency emptying and the temperature-controlled
  • the safety valve that controls a container access opens at high temperatures, e.g. in the event of a fire.
  • DE102016008107 discloses a separate component for each function, i.e. the check valve, the manual shut-off valve, the electromagnetic shut-off valve, the pipe burst safety device, the manual drain valve and the temperature-controlled safety valve are designed as an independent component with a corresponding effort for individual part production and assembly.
  • the object of the invention is to create a combination valve that combines the functions of a check valve, a manual shut-off valve and a manual drain valve reliably, in a simple design and with a small installation space in one assembly.
  • the valve according to the invention comprises a housing, an inlet, an outlet and a valve piston which can be moved in the housing by manual actuation in the direction of its longitudinal axis.
  • the valve piston comprises an actuating element and a sealing body, which can be brought into a blocking division and an open position by moving the actuating element, the sealing body in the blocking division resting against a valve seat in the housing and a flow from the inlet to the outlet regardless of the pressure conditions in the inlet. and the process is prevented.
  • the sealing body is lifted from the valve seat in the open position and enables the flow from the inlet to the outlet regardless of the pressure conditions in the inlet and outlet.
  • the sealing body is on Actuating element mounted so that it is displaceable relative to the actuating element in the direction of the longitudinal axis of the actuating element, and can perform the function of a check valve when the actuating element is in an intermediate position between the locking division and the open position.
  • the axial movement of the actuating element in the housing is limited by a first stop and a second stop that can be mounted in two positions, the two positions of the second stop being achieved by placing a third stop underneath and removing the third stop.
  • valve piston This allows the freedom of movement of the valve piston to be varied, so that the valve can be adapted to the respective application and specific pressure and flow conditions.
  • the sealing body and the actuating element are positively connected in the axial direction by a coupling member.
  • an axially acting compression spring is arranged as a closing spring of the check valve between the sealing body and the actuating element. This causes a linear compressive force on the sealing body.
  • the closing spring preferably provides a compressive force in the direction of the inlet.
  • the sealing body is preferably movable in the radial direction and in the axial direction with respect to the actuating element.
  • the actuating element is preferably in contact with the second stop, which is underlaid with the third stop.
  • the actuating element can rest against the first stop in the locking division.
  • the actuating element can rest against the second stop in the open position when the third stop is removed.
  • Component coupling between the sealing body and the actuating element preferably takes place by means of an elasto-plastic deformation of a cylindrical and / or conical coupling member in a cylindrical and / or conical bore.
  • resilient elements arranged on the actuating element are provided for component coupling between the sealing body and the actuating element, which provide a clip mechanism for coupling to the sealing body.
  • resilient elements arranged on the sealing body can be provided, which provide a clip mechanism for coupling to the actuating element.
  • the actuating element can also comprise a sleeve for at least partially receiving the sealing body, the sleeve being designed to be deformable for fastening the sealing body to the actuating element.
  • valve piston can comprise a deformable sleeve for connecting the actuating element to the sealing body.
  • valve piston can also comprise a sleeve soldered to the actuating element for receiving the sealing body.
  • a clamp-like sleeve for component coupling between the sealing body and the actuating element of the valve piston, a clamp-like sleeve, a
  • Dovetail connection a milled tongue and groove connection, a cut-out tongue and groove connection, a locking or round wire ring, a centric or eccentric cross pin, a soldered, welded or glued sleeve, a screw sleeve, or a form-fitting connection.
  • Figure 1 shows a possible embodiment of the combination valve in the function of a closed check valve, hereinafter also referred to as a closed check valve.
  • Figure 2 shows a possible embodiment of the combination valve in the function of a check valve during refueling, hereinafter also referred to as refueling.
  • Figure 3 shows a possible embodiment of the combination valve in the function of a closed manual shut-off valve, hereinafter also referred to as a closed manual shut-off valve.
  • FIG. 4 shows a possible embodiment of the combination valve in the function of an open manual drain valve, hereinafter also referred to as an open manual drain valve.
  • Figure 5a to Figure 51 show further embodiments of the component coupling on the valve piston.
  • Figure 1 shows a possible embodiment of the combination valve 100 as a combination of a check valve 200 with a manual shut-off valve 300 and a manual drain valve 400 with the check valve 200 closed in a section of a container valve housing 1 with an inlet 2 for supplying the gas during refueling, a valve seat 3 for sealing against the sealing body 4 of the valve piston 500 and an outlet 5 for discharging the gas into a storage container during refueling, a sealing surface 6 for external sealing and radial guidance of the valve piston 500, a first stop 7 for fixing the position of the valve piston 500 when the shut-off valve is closed 300, a thread 8 for changing the position of the valve piston 500 and a groove 9 for receiving a second stop 10 for fixing the position of the valve piston 500 when the check valve 200 is closed or open or when the drain valve 400 is open and a third stop 11 for fixing the position of the second connection lags 10.
  • a valve piston 500 with an axially movable sealing body 4 comprising a sealing surface 12 for sealing against the valve seat 3 in the housing 1, a support surface 13 for supporting the closing spring 14, a coupling member 15 as a form-fitting link between the sealing body 4 and the actuating element 16 in the form of a resilient clip mechanism consisting of a multi-slotted cylinder 17 with a stepped and undercut inner bore 18 from a first bore 19 with a smaller diameter than the second underlying bore 20 including a support surface 21 to support the actuating element 16 when the drain valve 400 is open and a support surface 22 for supporting on the actuating element 16 when the shut-off valve 300 is closed and an actuating element 16 movable in the axial direction comprising a coupling member 23 as a counterpart to the coupling member 15 on the sealing body 4 in the form of a multi-stepped cylinder 24 from a first cylinder 25 with a larger diameter than the second cylinder 26 behind it, including a support surface 27 for support on the support surface 21 of the
  • the actuating element 16 rests with the support surface 34 on the second stop 10 and fixes the actuating element 16 in a first position.
  • the closing spring 14 presses the sealing surface 12 of the sealing body 4 against the valve seat 3 in the housing and closes the flow path between the inlet 2 and the outlet 5.
  • the differential pressure between the outlet 5 and the inlet 2 increases the contact pressure of the sealing body 4 on the housing 1 and improves it the sealing effect.
  • the actuating element 16 rests with the support surface 34 on the second stop 10 and fixes the actuating element 16 in a first position. Due to the pressure difference between the inlet 2 and the outlet 5, the sealing body 4 is displaced in the direction of flow against the force of the closing spring 14 and rests with its support surface 22 on the support surface 28 of the actuating element 16 and opens the flow path between the inlet 2 and the outlet 5 for refueling. As soon as the force of the closing spring 14 is greater than the opening force due to the pressure difference between the inlet 2 and the outlet 5, the closing spring 14 presses the sealing body 4 with its sealing surface 12 against the valve seat 3 in the housing and closes the flow path between the inlet 2 and the Procedure 5.
  • the actuating element 16 rests with the support surface 32 on the first stop 7 in the housing 1 and fixes the actuating element 16 in a second position. Due to the geometric dimensions of the valve piston 500, the support surface 28 of the actuating element 16 rests on the support surface 22 of the sealing body 4, presses the sealing surface 12 of the sealing body 4 against the sealing seat 3 in the housing and closes the flow path between the inlet 2 and the outlet 5.
  • the Stroke limitation by the first stop 7 prevents the valve piston 500 from being screwed in unintentionally and thus damage to the valve seat 3 of the housing 1 and / or the sealing surface 12 on the sealing body 4. If the assembly torque is increased further, the valve piston 500 can only be moved insignificantly in the housing 1, thereby avoiding damage to the sealing surfaces and achieving a high level of repeatability.
  • the actuating element 16 with the support surface 34 rests against the second stop 10 with the third stop 11 removed and fixes the actuating element 16 in a third position. Due to the positive connection of the sealing body 4 with the actuating element 16 via the coupling member 15, 23, the support surface 21 of the sealing body 4 rests on the support surface 27 of the actuation 16 and opens the flow path between the outlet 5 and the inlet 2. The second stop 10 prevents the unintentional unscrewing of the valve piston 500.
  • Figure 5a to Figure 51 shows further embodiments of the coupling member 15, 23, 42 on the valve piston 500, the sealing body 4 and the actuating element 16 being positively connected and with axial and radial play, including a clip mechanism 15a, 23a with resilient elements on the sealing body 4, a deformed sleeve 15b, 23b of the actuating element 16, a dovetail connection 15c, 23c, a cut-out tongue and groove connection 15d, 23d on the actuation 16, a milled tongue and groove connection 15e, 23e on the sealing body 4 cylindrical and / or conical coupling member 15f, 23f on the sealing body 4, a locking or round wire ring 15g, 23g, 42 in the actuation, a centric or eccentric cross pin 15h, 23h, 42, a deformed sleeve 15i, 23i, 42, a soldered, welded or glued sleeve 15j, 23j, 42, a screw sleeve 15k, 23k, 42, a
  • Figure 5a to Figure 51 shows a valve piston 500 with a cylindrical and / or conical coupling member 15f on the sealing body 4 and a cylindrical and / or conical bore 23f on the actuating element 16 for receiving the coupling member 15f.
  • the positive connection of the sealing body 4 and the actuating element 16 takes place through a longitudinal force in the course of the pre-assembly, during the assembly process by closing the shut-off valve 300 or through pressure forces in the open state, in that the cylindrical and / or conical coupling member 15f of the sealing body 4 in the cylindrical and / or conical bore 23f of the actuating element 16 is elasto-plastically deformed and the coupling member 15f of the sealing body 4 fills the bore 23f after the reshaping to such an extent that the two components are inseparably connected when the operating forces occur.
  • the cylindrical and / or conical coupling member 15f of the sealing body 4 is designed at the end with a cylindrical or conical extension 35 of larger diameter.
  • the sealing body 4 can move in the axial direction according to the prevailing pressure conditions or flow forces, the force of the closing spring 14 and the position of the actuating element 16 on the first stop 7 or on the second stop 10 when the third stop 11 is installed or removed, and when refueling as an open check valve 200 according to the maximum refueling stroke as the distance between the support surface 22 of the sealing body 4 and the support surface 28 of the actuating element 16 when the actuating element 16 is fixed at the second stop 10 a first end position with the flow path open between the inlet 2 and the drain 5 with a first flow rate, when emptying as a manual emptying valve 400 with a corresponding emptying stroke as the difference between the height of the third stop 11 and the distance between the
  • the first flow rate corresponds to the nominal flow rate of the open check valve 200 during refueling.
  • the second flow rate corresponds to the nominal flow rate of the opened drain valve 400 during drainage.
  • the third flow rate corresponds to the nominal flow rate of the closed shut-off valve 300 or the closed check valve 200 and is zero.
  • the manual drain valve 300 of the combination valve 100 can be opened under all pressure conditions between the inlet 2 and the outlet 5.
  • the combination valve 100 is optionally used as a check valve 200 and as a manual shut-off valve 300 without a manual drain valve 400.
  • the combination valve 100 is optionally used as a check valve 200 and as a manual drain valve 400 without a manual shut-off valve 300.
  • the combination valve 100 is optionally used with or without a closing spring 14 as a manual shut-off valve 300 or a manual drain valve 400.
  • the friction is reduced by a further element 36 between the support surface 22 of the sealing body 4 and the support surface 28 of the actuating element 16.
  • a pressure screw 37 as a second stop 10 and / or third stop 11 limits the axial mobility of the valve piston 500.
  • the valve piston 500 is sealed and guided in a housing 38 which is screwed to the housing 1 and seals against the housing 1, whereby the housing 38 optionally represents the second stop 10 and / or the third stop 11.
  • the first stop 7 is optionally a component 40 screwed or inserted into the housing 1 or the housing 39, preferably a locking ring or a round wire ring.
  • the valve seat 3 or the sealing surface 12 is optionally a separate component 41.
  • the groove 30 is optionally designed to accommodate the seal 31 in the housing 1, 37, 38.
  • the first stop 7 and / or the groove 9 with the second stop 10 and the third stop 11 are omitted.
  • the sealing body 4 is preferably made of a polymer material and the actuating element 16 is made of a metallic material.
  • the sealing body 4 is optionally made of a metallic material.
  • the sealing body 4 is made in several parts from a metallic inner part and a polymeric outer part.
  • the sealing body 4 is optionally designed in several parts with an elastomer or polymer seal.
  • the actuating element 16 is optionally designed in several parts.

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Abstract

Ventil (100) mit einem Gehäuse (1), einem Zulauf (2), einem Ablauf (5), einem im Gehäuse (3) bewegbaren Ventilkolben (500) umfassend ein Betätigungselement (16) und einen Dichtkörper (4), der durch Bewegung des Betätigungselements (16) in eine Sperrsteilung und eine Offenstellung gebracht werden kann. Der Dichtkörper (4) liegt in der Sperrsteilung an einem Ventilsitz (3) im Gehäuse (1) an, und ist in der Offenstellung vom Ventilsitz (3) abgehoben. Der Dichtkörper (4) ist am Betätigungselement (16) so angebracht, dass er relativ zum Betätigungselement (16) in Richtung der Längsachse des Betätigungselements (16) verschiebbar ist und die Funktion eines Rückschlagventils (200) ausüben kann. Die axiale Bewegung des Betätigungselements (16) im Gehäuse (1) wird durch einen ersten Anschlag (7) und einen in zwei Positionen montierbaren zweiten Anschlag (10) begrenzt, wobei die beiden Positionen des zweiten Anschlags (10) durch Unterlegen eines dritten Anschlags (11) und durch Entfernen des dritten Anschlags (11) erreicht werden.

Description

Ventil
Die Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Behälterventile für Druckgasbehälter zur Speicherung von gasförmigen Kraftstoffen wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff mit getrenntem Betankungs- und Entnahmepfad sind im Betankungspfad u.a. mit einem Rückschlagventil und einem manuellen Absperrventil und im Entnahmepfad u.a. mit einem elektromagnetischen Absperrventil, einer Rohrbruchsicherung und einem manuellen Absperrventil und weiters mit einem manuellen Entleerventil und einem temperaturgesteuerten Sicherheitsventil TPRD ausgeführt, wobei das Rückschlagventil den Betankungspfad nach der Betankung verschließt, die manuellen Absperrventile den Betankungspfad bei der Betankung und den Entnahmepfad bei der Entnahme verschließen, das elektromagnetische Absperrventil den Entnahmepfad im bestromten Zustand öffnet oder stromlos verschließt, die Rohrbruchsicherung den Entnahmepfad bei großen Entnahmemengen wie z.B. einem Rohrabriss verschließt, das manuelle Entleerventil einen Behälterzugang für die Notentleerung öffnet und das temperaturgesteuerte Sicherheitsventil einen Behälterzugang bei hohen Temperaturen wie z.B. bei einem Feuer öffnet.
Derartige Behälterventile sind u.a. aus DE102016008107 bekannt. DE102016008107 offenbart für jede Funktion ein eigenes Bauteil, d.h. das Rückschlagventil, das manuelle Absperrventil, das elektromagnetische Absperrventil, die Rohrbruchsicherung, das manuelle Entleerventil und das temperaturgesteuerte Sicherheitsventil sind als eigenständiges Bauteil mit entsprechendem Aufwand für Einzelteilfertigung und Montage ausgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kombinationsventils, dass die Funktionen eines Rückschlagventils, eines manuellen Absperrventils und eines manuellen Entleerventils zuverlässig, in einfacher Bauweise und kleinem Bauraum in einer Baugruppe zusammenführt.
Die Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Ventil umfasst ein Gehäuse, einen Zulauf, einen Ablauf, und einen im Gehäuse durch manuelle Betätigung in Richtung seiner Längsachse bewegbaren Ventilkolben. Der Ventilkolben umfasst ein Betätigungselement und einen Dichtkörper, der durch Bewegung des Betätigungselements in eine Sperrsteilung und eine Offenstellung gebracht werden kann, wobei der Dichtkörper in der Sperrsteilung an einem Ventilsitz im Gehäuse anliegt und eine Strömung vom Zulauf zum Ablauf unabhängig von den Druckverhältnissen im Zu- und Ablauf unterbindet. Der Dichtkörper ist in der Offenstellung vom Ventilsitz abgehoben, und ermöglicht die Strömung vom Zulauf zum Ablauf unabhängig von den Druckverhältnissen im Zu- und Ablauf. Erfindungsgemäß ist der Dichtkörper am Betätigungselement so angebracht, dass er relativ zum Betätigungselement in Richtung der Längsachse des Betätigungselements verschiebbar ist, und die Funktion eines Rückschlagventils ausüben kann, wenn sich das Betätigungselement in einer Zwischenstellung zwischen der Sperrsteilung und der Offenstellung befindet. Hierbei wird die axiale Bewegung des Betätigungselements im Gehäuse durch einen ersten Anschlag und einen in zwei Positionen montierbaren zweiten Anschlag begrenzt, wobei die beiden Positionen des zweiten Anschlags durch Unterlegen eines dritten Anschlags und durch Entfernen des dritten Anschlags erreicht werden.
Hierdurch kann die Bewegungsfreiheit des Ventilkolbens variiert werden, wodurch eine Anpassung des Ventils an die jeweilige Anwendung und spezifische Druck- und Strömungsverhältnisse erfolgen kann.
Vorzugsweise sind der Dichtkörper und das Betätigungselement in axialer Richtung formschlüssig durch ein Koppelglied verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement eine axial wirkende Druckfeder als Schließfeder des Rückschlagventils angeordnet. Diese bewirkt eine lineare Druckkraft auf den Dichtkörper. Bevorzugt stellt die Schließfeder eine Druckkraft in Richtung des Zulaufs bereit.
Vorzugsweise ist der Dichtkörper in radialer Richtung und in axialer Richtung gegenüber dem Betätigungselement beweglich.
Das Betätigungselement liegt vorzugsweise in der Zwischenstellung, in der er die Funktion des Ventils als Rückschlagventil ermöglicht, an dem mit dem dritten Anschlag unterlegten zweiten Anschlag an.
Erfindungsgemäß kann das Betätigungselement in der Sperrsteilung am ersten Anschlag anliegen.
Zusätzlich kann das das Betätigungselement in der Offenstellung am zweiten Anschlag bei entferntem dritten Anschlag anliegen.
Vorzugsweise erfolgt eine Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement mittels einer elasto-plasti sehen Umformung eines zylindrischen und/oder konischen Koppelglieds in einer zylindrischen und/oder konischen Bohrung. Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante sind zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement an dem Betätigungselement angeordnete federnde Elemente vorgesehen, welche einen Clip-Mechanismus zur Kopplung mit dem Dichtkörper bereitstellen. Alternativ können zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement an dem Dichtkörper angeordnete federnde Elemente vorgesehen sein, welche einen Clip-Mechanismus zur Kopplung mit dem Betätigungselement bereitstellen.
Zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement kann das Betätigungselement auch eine Hülse zur zumindest teilweisen Aufnahme des Dichtkörpers umfassen, wobei die Hülse zur Befestigung des Dichtkörpers an dem Betätigungselement verformbar ausgebildet ist.
Alternativ kann zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement der Ventilkolben eine verformbare Hülse zur Verbindung des Betätigungselements mit dem Dichtkörper umfassen.
Zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement kann der Ventilkolben auch eine mit dem Betätigungselement verlötete Hülse zur Aufnahme des Dichtkörpers umfassen.
Des Weiteren kann zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Betätigungselement der Ventilkolben eine klammerartige Hülse, eine
Schwalbenschwanzverbindung, eine abgefräste Nut-Feder- Verbindung, eine ausgeschnittene Nut-Feder- Verbindung, einen Sicherungs- oder Runddrahtring, einen zentrischen oder exzentrischen Querstift eine verlötete, verschweißte oder verklebte Hülse, eine Schraubhülse, oder eine formschlüssige Verbindung umfasst.
Bevorzugte und alternative Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Ventils werden in weiterer Folge anhand der Figuren erläutert.
Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kombinationsventils in der Funktion eines geschlossenen Rückschlagventils, nachfolgend auch als geschlossenes Rückschlagventil bezeichnet.
Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kombinationsventils in der Funktion eines Rückschlagventils bei der Betankung, nachfolgend auch als Betankung bezeichnet.
Figur 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kombinationsventils in der Funktion eines verschlossenen manuellen Absperrventils, nachfolgend auch als verschlossenes manuelles Absperrventil bezeichnet.
Figur 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kombinationsventils in der Funktion eines geöffneten manuellen Entleerventils, nachfolgend auch als geöffnetes manuelles Entleerventil bezeichnet. Figur 5a bis Figur 51 zeigen weitere Ausführungsformen der Bauteilkopplung am Ventilkolben.
Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kombinationsventils 100 als Kombination eines Rückschlagventils 200 mit einem manuellen Absperrventil 300 und einem manuellen Entleerventil 400 bei geschlossenem Rückschlagventil 200 in einem Ausschnitt eines Behälterventil-Gehäuses 1 mit einem Zulauf 2 zur Zufuhr des Gases bei der Betankung, einem Ventilsitz 3 zur Abdichtung gegen den Dichtkörper 4 des Ventilkolbens 500 und einem Ablauf 5 zur Abfuhr des Gases in einen Speicherbehälter bei der Betankung, eine Dichtfläche 6 zur äußeren Abdichtung und radialen Führung des Ventilkolbens 500, ein erster Anschlag 7 zur Lagefixierung des Ventilkolbens 500 bei verschlossenem Absperrventil 300, ein Gewinde 8 zur Lageänderung des Ventilkolbens 500 und eine Nut 9 zur Aufnahme eines zweiten Anschlags 10 zur Lagefixierung des Ventilkolbens 500 bei geschlossenem bzw. geöffnetem Rückschlagventil 200 oder bei geöffnetem Entleerventil 400 und eines dritten Anschlags 11 zur Lagefixierung des zweiten Anschlags 10. Weiters ein Ventilkolben 500 mit einem in axialer Richtung beweglichen Dichtkörper 4 umfassend eine Dichtfläche 12 zur Abdichtung gegen den Ventilsitz 3 im Gehäuse 1, eine Stützfläche 13 zur Abstützung der Schließfeder 14, ein Koppel glied 15 als formschlüssiges Bindeglied zwischen dem Dichtkörper 4 und dem Betätigungselement 16 in Form eines federnden Clip-Mechanismus aus einem mehrfach geschlitzten Zylinder 17 mit gestufter und hinterschnittener Innenbohrung 18 aus einer ersten Bohrung 19 mit kleinerem Durchmesser als die zweite dahinterliegende Bohrung 20 samt mit einer Stützfläche 21 zur Abstützung am Betätigungselement 16 bei geöffnetem Entleerventil 400 und einer Stützfläche 22 zur Abstützung am Betätigungselement 16 bei verschlossenem Absperrventil 300 sowie einem in axialer Richtung beweglichen Betätigungselement 16 umfassend ein Koppelglied 23 als Gegenstück zum Koppelglied 15 am Dichtkörper 4 in Form eines mehrfach gestuften Zylinders 24 aus einem ersten Zylinder 25 mit größerem Durchmesser als der dahinterliegende zweite Zylinder 26 samt einer Stützfläche 27 zur Abstützung an der Stützfläche 21 des Dichtkörpers 4 bei geöffnetem Entleerventil 400 und einer Stützfläche 28 zur Abstützung an der Stützfläche 22 des Dichtkörpers 4 bei verschlossenem Absperrventil 300, eine Bohrung 29 zur Aufnahme der Schließfeder 14, eine Nut 30 zur Aufnahme einer geeigneten Dichtung 31 zur äußeren Abdichtung des Ventilkolbens 500 gegen das Gehäuse 1, eine Stützfläche 32 zur Lagefixierung am ersten Anschlag 7 des Gehäuses 1, ein Gewinde 33 zur Lageänderung des Ventilkolbens 500 in Verbindung mit dem Gewinde 8 des Gehäuses 1, eine Stützfläche 34 zur Lagefixierung des Ventilkolbens 500 im geöffneten Zustand am zweiten Anschlag 10 mit oder ohne entferntem dritten Anschlag 11 und einer Werkzeugaufnahme 35 zur Aufnahme und Übertragung des zur Lageänderung oder Lagefixierung erforderlichen Drehmoments sowie eine Schließfeder 14 zum Schließen des Rückschlagventils 200 bei geeigneten Druckverhältnissen. Gemäß Figur 1 liegt bei geschlossenem Rückschlagventil 200 des Kombinationsventils 100 das Betätigungselement 16 mit der Stützfläche 34 am zweiten Anschlag 10 an und fixiert das Betätigungselement 16 in einer ersten Lage. Die Schließfeder 14 drückt die Dichtfläche 12 des Dichtkörpers 4 gegen den Ventilsitz 3 im Gehäuse und verschließt den Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5. Der Differenzdruck zwischen dem Ablauf 5 und dem Zulauf 2 erhöht die Anpresskraft des Dichtkörpers 4 am Gehäuse 1 und verbessert die Dichtwirkung.
Gemäß Figur 2 liegt bei der Betankung das Betätigungselement 16 mit der Stützfläche 34 am zweiten Anschlag 10 an und fixiert das Betätigungselement 16 in einer ersten Lage. Der Dichtkörper 4 wird infolge der Druckdifferenz zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 entgegen der Kraft der Schließfeder 14 in Strömungsrichtung verschoben und liegt mit seiner Stützfläche 22 an der Stützfläche 28 des Betätigungselements 16 an und öffnet den Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 für die Betankung. Sobald die Kraft der Schließfeder 14 größer als die Öffnungskraft infolge der Druckdifferenz zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 ist, drückt die Schließfeder 14 den Dichtkörper 4 mit seiner Dichtfläche 12 gegen den Ventilsitz 3 im Gehäuse und verschließt den Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5.
Gemäß Figur 3 liegt bei verschlossenem Absperrventil 300 des Kombinationsventils 100 das Betätigungselement 16 mit der Stützfläche 32 am ersten Anschlag 7 im Gehäuse 1 an und fixiert das Betätigungselement 16 in einer zweiten Lage. Durch die geometrischen Abmessungen des Ventilkolbens 500 liegt die Stützfläche 28 des Betätigungselements 16 an der Stützfläche 22 des Dichtkörpers 4 an, drückt die Dichtfläche 12 des Dichtkörpers 4 gegen den Dichtsitz 3 im Gehäuse und verschließt den Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5. Die Hubbegrenzung durch den ersten Anschlag 7 verhindert das ungewollte Hineindrehen des Ventilkolbens 500 und damit eine Beschädigung des Ventilsitzes 3 des Gehäuses 1 und/oder der Dichtfläche 12 am Dichtkörper 4. Bei weiterer Erhöhung des Montagemomentes kann der Ventilkolben 500 nur unwesentlich im Gehäuse 1 verschoben werden, wodurch eine Beschädigung der Dichtflächen vermieden und eine hohe Wiederholbarkeit erreicht wird.
Gemäß Figur 4 liegt bei geöffnetem Entleerventil 400 des Kombinationsventils 100 das Betätigungselement 16 mit der Stützfläche 34 bei entferntem dritten Anschlag 11 am zweiten Anschlag 10 an und fixiert das Betätigungselement 16 in einer dritten Lage. Durch die formschlüssige Verbindung des Dichtkörpers 4 mit dem Betätigungselement 16 über das Koppelglied 15, 23 liegt die Stützfläche 21 des Dichtkörpers 4 an der Stützfläche 27 der Betätigung 16 an und öffnet den Strömungspfad zwischen dem Ablauf 5 und dem Zulauf 2.Der zweite Anschlag 10 verhindert das ungewollte Herausdrehen des Ventilkolbens 500. Figur 5a bis Figur 51 zeigt weitere Ausführungsformen des Koppelglieds 15, 23, 42 am Ventilkolben 500, wobei der Dichtkörper 4 und das Betätigungselement 16 formschlüssig und mit axialem und radialem Spiel verbunden sind, u.a. ein Clip-Mechanismus 15a, 23a mit federnden Elementen am Dichtkörper 4, eine verformte Hülse 15b, 23b des Betätigungselements 16, eine Schwalbenschwanz-Verbindung 15c, 23c, eine ausgeschnittene Nut-Feder- Verbindung 15d, 23d an der Betätigung 16, eine abgefräste Nut-Feder- Verbindung 15e, 23e am Dichtkörper 4, ein zylindrisches und/oder konischen Koppelglied 15f, 23f am Dichtkörper 4, ein Sicherungs- oder Runddrahtring 15g, 23g, 42 in der Betätigung, ein zentrischer oder exzentrischer Querstift 15h, 23h, 42, eine verformte Hülse 15i, 23i, 42, eine verlötete, verschweißte oder verklebte Hülse 15j, 23j, 42, eine Schraubhülse 15k, 23k, 42, eine hülsenförmige Klammer 151, 231, 42 oder eine beliebige formschlüssige Verbindung 15,23, 42.
Figur 5a bis Figur 51 zeigt einen Ventilkolben 500 mit einem zylindrischen und/oder konischen Koppelglied 15f am Dichtkörper 4 und eine zylindrische und/oder konische Bohrung 23f am Betätigungselement 16 zur Aufnahme des Koppel glieds 15f. Die formschlüssige Verbindung des Dichtkörpers 4 und des Betätigungselements 16 erfolgt durch eine Längskraft im Zuge der Vormontage, beim Montagevorgang durch Verschließen des Absperrventils 300 oder durch Druckkräfte im geöffneten Zustand, indem das zylindrische und/oder konische Koppelglied 15f des Dichtkörpers 4 in der zylindrischen und/oder konischen Bohrung 23f des Betätigungselements 16 elasto-plastisch verformt wird und das Koppelglied 15f des Dichtkörpers 4 nach der Umformung die Bohrung 23f soweit ausfüllt, dass die beiden Bauteile bei den auftretenden Betriebskräften untrennbar verbunden sind. Wahlweise ist das zylindrische und/oder konische Koppelglied 15f des Dichtkörpers 4 am Ende mit einem zylindrischen oder konischen Ansatz 35 größeren Durchmessers ausgeführt.
Wahlweise werden am Dichtkörper 4 ausgeführte Verbindungsteile der beziehungsweise zur Bauteilkopplung 15 am Betätigungelement 16 und am Betätigungselement 16 ausgeführte Verbindungsteile der beziehungsweise zur Bauteilkopplung 23 am Dichtkörper 4 ausgeführt. Zwischen dem Dichtkörper 4 und dem Betätigungselement 16 besteht durch das Koppelglied 15, 23, 42 eine formschlüssige Verbindung, und der Dichtkörper 4 kann sich in axialer Richtung entsprechend den vorherrschenden Druckverhältnissen bzw. Strömungskräften, der Kraft der Schließfeder 14 und der Lage des Betätigungselements 16 am ersten Anschlag 7 oder am zweiten Anschlag 10 bei montiertem oder entferntem dritten Anschlag 11 frei bewegen, und bei der Betankung als geöffnetes Rückschlagventil 200 entsprechend dem maximalen Betankungshub als Abstand zwischen der Stützfläche 22 des Dichtkörpers 4 und der Stützfläche 28 des Betätigungselements 16 bei fixiertem Betätigungselement 16 am zweiten Anschlag 10 eine erste Endlage bei geöffnetem Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 mit einer ersten Durchflussrate, bei der Entleerung als manuelles Entleerventil 400 mit entsprechendem Entleerhub als Differenz aus der Bauhöhe des dritten Anschlags 11 und dem Abstand zwischen der Stützfläche 21 am Dichtkörper 4 und der Stützfläche 27 am Betätigungselement 16 bei fixiertem Betätigungselement 16 am zweiten Anschlag 10 eine zweite Endlage bei geöffnetem Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 mit einer zweiten Durchflussrate, im verschlossenen Zustand als manuelles Absperrventil 300 bei fixiertem Betätigungselement 16 am ersten Anschlag 7 eine dritte Endlage bei geschlossenem Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 mit einer dritten Durchflussrate und im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 200 bei fixiertem Betätigungselement 16 am zweiten Anschlag 10 eine erste Endlage bei geschlossenem Strömungspfad zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 mit einer dritten Durchflussrate, sowie bei der Betankung als Rückschlagventil 200 beliebige Lagen mit einem Öffnungshub zwischen der Stützfläche 22 des Dichtkörpers 4 und der Stützfläche 28 des Betätigungselements 16 bei fixiertem Betätigungselement 16 am zweiten Anschlag 10 mit zugehöriger Durchflussrate zwischen der ersten und der zweiten Endlage in Abhängigkeit der resultierenden Kraft aus den vorherrschenden Druckverhältnissen bzw. Strömungskräften und der Kraft der Schließfeder 14 einnehmen. Die erste Durchflussrate entspricht dem nominellen Durchfluss des geöffneten Rückschlagventils 200 bei der Betankung. Die zweite Durchflussrate entspricht dem nominellen Durchfluss des geöffneten Entleerventils 400 bei der Entleerung. Die dritte Durchflussrate entspricht dem nominellen Durchfluss des verschlossenen Absperrventils 300 oder des geschlossenen Rückschlagventils 200 und beträgt Null.
Durch die Koppelung des Dichtkörpers 4 mit dem Betätigungelement 16 kann das manuelle Entleerventil 300 des Kombinationsventil 100 bei allen Druckverhältnissen zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 5 geöffnet werden.
Wahlweise wird das Kombinationsventil 100 als Rückschlagventil 200 und als manuelles Absperrventil 300 ohne manuelles Entleerventil 400 eingesetzt. Wahlweise wird das Kombinationsventil 100 als Rückschlagventil 200 und als manuelles Entleerventil 400 ohne manuelles Absperrventil 300 eingesetzt. Wahlweise wird das Kombinationsventil 100 mit oder ohne Schließfeder 14 als manuelles Absperrventil 300 oder manuelles Entleerventil 400 eingesetzt.
Durch geeignete Abmessungen der Kontaktflächen und Abstände wird stets eine elastische oder nur geringe plastische Verformung des Dichtkörpers 4 und/oder Teile des Gehäuses 1 erreicht, wodurch toleranzbedingte, thermische und druckbedingte Längenänderungen ausgeglichen werden. Durch die konstruktive Vorgabe der Verschiebewege aufgrund der Lage des ersten Anschlags 7, der Nut 9, des zweiten Anschlags 10 und des dritten Anschlags 11 kann die Dichtung 31 nicht in eine für die äußere Dichtheit ungünstige Position verschoben werden.
Durch die Beeinflussung der Reibungsverhältnisse der Stützfläche 22 des Dichtkörpers 4 und der Stützfläche 28 des Betätigungselements 16 als Kontaktflächen, der Dichtfläche 12 am Dichtkörper 4 und des Ventilsitzes 3 im Gehäuse 1 als Kontaktflächen und der Dichtung 31 zur Dichtfläche 6 des Gehäuses 1 wird das Mitdrehen des Dichtkörpers 4 beim Schließvorgang verhindert. Wahlweise wird die Reibung durch ein weiteres Element 36 zwischen der Stützfläche 22 des Dichtkörpers 4 und der Stützfläche 28 des Betätigungselements 16 vermindert.
Wahlweise begrenzt eine Druckschraube 37 als zweiter Anschlag 10 und/oder dritter Anschlag 11 die axiale Beweglichkeit des Ventilkolbens 500. Wahlweise wird der Ventilkolben 500 in einem Gehäuse 38 gedichtet und geführt, der mit dem Gehäuse 1 verschraubt ist und gegen das Gehäuse 1 dichtet, wobei das Gehäuse 38 wahlweise den zweiten Anschlag 10 und/oder den dritten Anschlag 11 darstellt. Wahlweise ist der erste Anschlag 7 ein im Gehäuse 1 oder im Gehäuse 39 eingeschraubter oder eingelegter Bauteil 40, bevorzugt ein Sicherungs- oder ein Runddrahtring. Wahlweise ist der Ventilsitz 3 oder die Dichtfläche 12 ein separater Bauteil 41.
Wahlweise ist die Nut 30 zur Aufnahme der Dichtung 31 im Gehäuse 1, 37, 38 ausgeführt.
Wahlweise entfällt der erste Anschlag 7 und/oder die Nut 9 mit dem zweiten Anschlag 10 und dem dritten Anschlag 11.
Bevorzugt ist der Dichtkörper 4 aus einem polymeren Werkstoff und das Betätigungselement 16 aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Wahlweise ist der Dichtkörper 4 aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Wahlweise ist der Dichtkörper 4 mehrteilig aus einem metallischen Innenteil und einem polymeren Außenteil ausgeführt. Wahlweise ist der Dichtkörper 4 mehrteilig mit einer elastomeren oder polymeren Dichtung ausgeführt. Wahlweise ist das Betätigungselement 16 mehrteilig ausgeführt.

Claims

Patentansprüche:
1. Ventil (100) mit einem Gehäuse (1), einem Zulauf (2), einem Ablauf (5), einem im Gehäuse (3) durch manuelle Betätigung in Richtung seiner Längsachse bewegbaren Ventilkolben (500) umfassend ein Betätigungselement (16) und einen Dichtkörper (4), der durch Bewegung des Betätigungselements (16) in eine Sperrsteilung und eine Offenstellung gebracht werden kann, wobei der Dichtkörper (4) in der Sperrsteilung an einem Ventilsitz (3) im Gehäuse (1) anliegt und eine Strömung vom Zulauf (2) zum Ablauf (5) unabhängig von den Druckverhältnissen im Zu- und Ablauf (2, 5) unterbindet, und wobei der Dichtkörper (4) in der Offenstellung vom Ventilsitz (3) abgehoben ist und die Strömung vom Zulauf (2) zum Ablauf (5) unabhängig von den Druckverhältnissen im Zu- und Ablauf (2, 5) ermöglicht , dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) am Betätigungselement (16) so angebracht ist, dass er relativ zum Betätigungselement (16) in Richtung der Längsachse des Betätigungselements (16) verschiebbar ist und die Funktion eines Rückschlagventils (200) ausüben kann, wenn sich das Betätigungselement (16) in einer Zwischenstellung zwischen der Sperrsteilung und der Offenstellung befindet, wobei die axiale Bewegung des Betätigungselements (16) im Gehäuse (1) durch einen ersten Anschlag (7) und einen in zwei Positionen montierbaren zweiten Anschlag (10) begrenzt ist, wobei die beiden Positionen des zweiten Anschlags (10) durch Unterlegen eines dritten Anschlags (11) und durch Entfernen des dritten Anschlags (11) erreicht werden.
2. Ventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) und das Betätigungselement (16) in axialer Richtung formschlüssig durch ein Koppelglied (15, 23, 42) verbunden sind.
3. Ventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) eine axial wirkende Druckfeder als Schließfeder (14) des Rückschlagventils (200) angeordnet ist.
4. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) in radialer Richtung und in axialer Richtung gegenüber dem Betätigungselement (16) beweglich ist.
5. Ventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (16) in der Zwischenstellung, in der er die Funktion des Ventils (100) als Rückschlagventil (200) ermöglicht, an dem mit dem dritten Anschlag (11) unterlegten zweiten Anschlag (10) anliegt.
6. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (16) in der Sperrsteilung am ersten Anschlag (7) anliegt.
7. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (16) in der Offenstellung am zweiten Anschlag (10), bei entferntem dritten Anschlag (11) anliegt.
8. Ventil (100) nach einem der Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) mittels einer elasto-plasti sehen Umformung eines zylindrischen und/oder konischen Koppelglieds (15f) in einer zylindrischen und/oder konischen Bohrung (23f) erfolgt.
9. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) an dem Betätigungselement (16) angeordnete federnde Elemente vorgesehen sind, welche einen Clip- Mechanismus zur Kopplung mit dem Dichtkörper (4) bereitstellen, oder dass zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) an dem Dichtkörper (4) angeordnete federnde Elemente vorgesehen sind, welche einen Clip- Mechanismus zur Kopplung mit dem Betätigungselement (16) bereitstellen.
10. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) das Betätigungselement (16) eine Hülse (42) zur zumindest teilweisen Aufnahme des Dichtkörpers (4) umfasst, wobei die Hülse (42) zur Befestigung des Dichtkörpers (4) an dem Betätigungselement (16) verformbar ausgebildet ist.
11. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) der Ventilkolben (500) eine verformbare Hülse zur Verbindung des Betätigungselements (16) mit dem Dichtkörper (4) umfasst.
12. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) der Ventilkolben (500) eine mit dem Betätigungselement (16) verlötete Hülse zur Aufnahme des Dichtkörpers (4) umfasst.
13. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bauteilkopplung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Betätigungselement (16) der Ventilkolben (500) eine klammerartige Hülse (42), eine Schwalbenschwanzverbindung (15c, 23c), eine abgefräste Nut-Feder- Verbindung (15e, 23 e), eine ausgeschnittene Nut-Feder- Verbindung (15d, 23d), einen Sicherungs- oder Runddrahtring (15g, 23g), einen zentrischen oder exzentrischen Querstift (15h, 23h,) eine verlötete, verschweißte oder verklebte Hülse, eine Schraubhülse (15k, 23k), oder eine formschlüssige Verbindung (15, 23, 42) umfasst.
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