DE10020016A1 - Sicherheitsventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitsventil für den Einsatz in Kältemittelleitungen von Kälteanlagen, a) mit einem Gehäuse (20), das aufweist einen Einlass (24) für den Anschluss an die zu überwachende Kältemittelleitung, einen Auslass (28) für den Anschluss einer Auslassleitung, einen Innenraum, der sich aufteilt in einen ständig mit dem Einlass (24) verbundenen Einlassraum (22) und einen ständig mit dem Auslass (28) verbundenen Auslassraum (26) und einen Verntilsitz (36) zwischen Einlassraum (22) und Auslassraum (26), b) mit einem diesem Ventilsitz (36) zugeordneten Ventilkörper (40), der zwischen einer normalerweise vorliegenden Schließstellung, in der er dichtend auf dem Ventilsitz (36) aufliegt, und einer Öffnungsstellung, in der er sich im Abstand von diesem Ventilsitz (36) befindet, hubbewegbar ist, c) mit einer Druckfeder (44), die zwischen dem Ventilkörper (40) und einem mit dem Gehäuse (20) verbundenen Federgehäuse (46) angeordnet ist und d) mit einer Wellmembran (38), die einen zentrischen Bereich aufweist, in dem sie mit dem Ventilkörper (40) verbunden ist, die zwischen Ventilkörper (40) und Druckfeder angeordnet ist, die randseitig dicht mit dem Gehäuse (20) verbunden ist, die den Innenraum nach außen hin abdichtet und die eine zum Innenraum weisende Kreisfläche hat, welche eine erste Teilfläche (58) und eine zweite Teilfläche (60) ausbildet, wobei auf die zum Innenraum weisende Kreisfläche der Wellmembran (38) einerseits auf der ersten Teilfläche ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitsventil für den Einsatz in Käl­ temittelleitungen von Kälteanlagen.

In Kältemittelleitungen von Kälteanlagen kann sich bei einer Temperaturän­ derung des flüssigen Kältemittels eine erhebliche Druckänderung ergeben. Die Druckänderung kann so hoch sein, dass die Kältemittelleitungen plat­ zen. Daher sind bei Kältemittelanlagen die einzelnen Rohrabschnitte nor­ malerweise durch Sicherheitsventile abgesichert.

Ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art ist von der Anmelderin be­ kannt, es ist als gegendruckunabhängiges Überströmventil ausgeführt. Es hat ein Gehäuse, das einen Einlass für den Anschluss an die zu überwa­ chende Kältemittelleitung, einen Auslass für den Anschluss einer Auslass­ leitung und einen Innenraum aufweist, der sich aufteilt in einen ständig mit dem Einlass verbundenen Einlassraum und einen ständig mit dem Auslass verbundenen Auslassraum. Zwischen Einlassraum und Auslassraum ist ein Ventilsitz vorgesehen. Diesem Ventilsitz ist ein Ventilkörper zugeordnet, er befindet sich normalerweise in einer Schließstellung. In dieser liegt er dich­ tend auf dem Ventilsitz auf. Dabei ist der Ventilkörper mit einem Federbalg dicht verbunden, durch den eine Betätigungsstange für eine Einstellung des Sicherheitsventils ragt. Der Ventilkörper ist in eine Öffnungsstellung, in der sich im Abstand vom Ventilsitz befindet, hubbewegbar. Mittels einer Druck­ feder, die zwischen dem Ventilkörper und einem mit dem Gehäuse verbun­ denen Federgehäuse angeordnet ist, wird der Ventilkörper in die Schließ­ stellung vorbelastet.

Derartige Sicherheitsventile sind insbesondere aufgrund des Federbalges aufwendig, und zwar insbesondere in der Fertigung. Sie sind auch relativ teuer. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitsventil anzugeben, das ausgehend von den Merkmalen des bekannten Überströmventils dieses so weiterentwickelt und verbessert, dass es einfacher baut, wobei insbesondere der aufwendige Faltenbalg entfallen soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sicherheitsventil für den Einsatz in Kältemittelleitungen von Kälteanlagen, a) mit einem Gehäuse, das aufweist einen Einlass für den Anschluss an die zu überwachende Kältemittelleitung, einen Auslass für den Anschluss einer Auslassleitung, einen Innenraum, der sich aufteilt in einen ständig mit dem Einlass verbundenen Einlassraum und einen ständig mit dem Auslass verbundenen Auslassraum und einen Ventil­ sitz zwischen Einlassraum und Auslassraum, b) mit einem diesem Ventilsitz zugeordneten Ventilkörper, der zwischen einer normalerweise vorliegenden Schließstellung, in der er dichtend auf dem Ventilsitz aufliegt, und einer Öff­ nungsstellung, in der er sich im Abstand von diesem Ventilsitz befindet, hubbewegbar ist, c) mit einer Druckfeder, die zwischen dem Ventilkörper und einem mit dem Gehäuse verbundenen Federgehäuse angeordnet ist und d) mit einer Wellmembran, die einen zentrischen Bereich aufweist, in dem sie mit dem Ventilkörper verbunden ist, die zwischen Ventilkörper und Druckfeder angeordnet ist, die randseitig dicht mit dem Gehäuse verbunden ist, die den Innenraum nach außen hin abdichtet und die eine zum Innen­ raum weisende Kreisfläche hat, welche eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche ausbildet, wobei auf die zum Innenraum weisende Kreisfläche der Wellmembran einerseits auf der ersten Teilfläche der vom Einlassraum wir­ kende Druck einwirkt und andererseits auf der zweiten Teilfläche der im Auslassraum wirkende Druck einwirkt, wobei diese beiden Teilflächen durch die Kontaktlinie von Ventilkörper und Ventilsitz voneinander getrennt sind und sich eine Teilfläche innerhalb und die andere außerhalb dieser Kontakt­ linie befindet und die erste Teilfläche flächenmäßig größer gewählt ist als die zweite Teilfläche.

Dieses Sicherheitsventil verwendet als elastisches und nach außen hin ab­ dichtendes Mittel anstelle eines Federbalges eine Wellmembran. Sie ist rand­ seitig dicht mit dem Gehäuse verbunden und dichtet dadurch den Innen­ raum des Gehäuses nach außen hin dicht ab, sie bildet die Trennung zwi­ schen dem Federgehäuse und dem Innenraum.

In einem zentrischen Bereich ist die Wellmembran mit dem Ventilkörper ver­ bunden, der durch die Kraft der Druckfeder gegen den Ventilsitz gedrückt wird, so dass in der normalerweise vorliegenden Schließstellung Einlass­ raum und Auslassraum voneinander getrennt sind.

Die Kontaktlinie zwischen Ventilkörper und Ventilsitz unterteilt die zum In­ nenraum weisende Kreisfläche der Wellmembran in eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche. Die erste Teilfläche ist Teil der Begrenzung des Ein­ lassraumes, die zweite Teilfläche ist ein Teilstück der Begrenzung des Aus­ lassraumes. Auf die erste Teilfläche wirkt somit der im Einlassraum herr­ schende Druck, während auf die zweite Teilfläche der im Auslassraum herr­ schende Druck einwirkt. Dabei kann sowohl eine Druckerhöhung im Ein­ lassraum als auch eine Druckerhöhung im Auslassraum jeweils für sich al­ lein den Ventilkörper soweit anheben, dass er von seinem Ventilsitz abgeho­ ben wird. Aber auch bei Überdruck in beiden Räumen, also Einlassraum und Auslassraum, führt bei ausreichender Höhe des jeweiligen Überdrucks zu einem Abheben des Ventilkörpers von seinem Ventilsitz. Da die Drucke im Einlassraum und im Auslassraum auf die gleiche Seite der Wellmembran wirken, unterstützen sie sich in ihrer Wirkung beim Abheben des Ventilkör­ pers von seinem Ventilsitz. In Abhängigkeit vom Flächenverhältnis der bei­ den Teilflächen ist nun der Einfluss eines Drucks im Einlassraum anders als der eines Drucks im Auslassraum. Erfindungsgemäß ist die dem Einlass­ raum zugeordnete erste Teilfläche flächenmäßig größer als die zweite Teilflä­ che.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil öffnet also oberhalb eines Druck­ wertes p1 im Einlassraum, wobei der Überdruck im Auslassraum mit Null angenommen ist. Liegt im Auslassraum auch ein positiver Druck vor, öffnet der Ventilkörper schon bei einem unterhalb des genannten Druckwertes p1 liegenden Wert. Liegt im Auslassraum ein Unterdruck vor, muss ein ober­ halb des genannten Druckwertes liegender Druck im Einlassraum herr­ schen, um den Ventilkörper von seinem Ventilsitz abheben zu können.

Das Sicherheitsventil öffnet oberhalb eines Druckwertes p2 im Auslassraum, wobei der Überdruck im Einlassraum mit Null angenommen ist. Es ist p1 kleiner als p2, insbesondere ist p1 deutlich kleiner als p2.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Sicherheitsventils ist das Flächen­ verhältnis von erster Teilfläche zu zweiter Teilfläche größer als 5 zu 1, vor­ zugsweise ist es größer als 10 zu 1 und insbesondere ist es größer als 15 zu 1.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführung ist die erste Teilfläche eine kreis­ ringförmige Fläche, die sich außerhalb der zweiten Teilfläche, die eine Kreis­ fläche ist, befindet. Eine umgekehrte Anordnung ist aber ebenso möglich.

In vorzugsweiser Weiterbildung ist die Federkraft der Druckfeder einstellbar, beispielsweise mittels einer Schraube, an der die Druckfeder sich abstützt und die in einem Innengewinde des Federgehäuses angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ist in der Zeichnung dargestellt, dieses Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend zu verstehen und dient im wesentlichen der Erläuterung der Erfindung. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Schnittbild durch ein Sicherheitsventil und in

Fig. 2 eine schematische Untersicht der Wellmembran.

Das Sicherheitsventil bzw. Überströmventil hat ein im wesentlichen T- förmiges Gehäuse 20, das einen Einlassraum 22 mit einem Einlass 24 und einen diesem gegenüberliegenden Auslassraum 26 mit Auslass 28 aufweist. In der Darstellung sind Einlassraum 22 und Auslassraum 26 jeweils im we­ sentlichen durch eine Bohrung erstellt worden, die beiden Bohrungen sind 180 Grad versetzt, haben aber im hier gezeigten Ausführungsbeispiel nicht dieselben Mittellinien, vielmehr sind ihre Mittellinien parallel zueinander versetzt.

Quer zum Verlauf der Bohrungen des Einlassraums 22 und des Auslass­ raums 26 ist von der dritten Seite des T-förmigen Gehäuses 20 eine gestufte Ausnehmung 30 eingebracht, die im wesentlichen aus drei Teilbereichen be­ steht: Eine am tiefsten in das Gehäuse 20 hineinragenden Innenbohrung 30 von beispielsweise 6 Millimeter Durchmesser, die die Bohrung des Auslass­ raums 26 schneidet und dadurch Teil dieses Auslassraums 26 ist. Eine im Durchmesser größere, zentrische Bohrung 32, die aufgrund des beschriebe­ nen Versatzes nur die Bohrung des Einlassraums 22 schneidet und dadurch Bestandteil des Einlassraums 22 selbst wird. Schließlich ist ein Innengewin­ de 34 mit noch größerem Durchmesser als die zentrische Bohrung 32 vorge­ sehen.

Am Übergang zwischen der Innenbohrung 30 und der zentrischen Bohrung 32 wird ein Ventilsitz 36 ausgebildet. Im Übergangsbereich zwischen der zentrischen Bohrung 32 und dem Innengewinde 34 befindet sich eine ebene Stufe, dort ist eine Wellmembran 38 aufgelegt und mit dem Gehäuse 20 dicht verbunden ist, beispielsweise ist sie eingelötet, eingeschweißt oder durch Abdichtmittel in Anlage an die genannte Stufe gepresst, wie dies im gezeigten Ausführungsbeispiel möglich ist.

Mit der Wellmembran 38 ist ein zentrisch zu dieser angeordneter Ventilkör­ per 40 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet er sich in der normalerweise vorliegenden Schließstellung, also in Anlage am Ventilsitz 36. Er ist in Kontakt mit einem Übertragungsteil 42, dass die Kraft einer Feder 44 unmittelbar in ihn einleitet, ohne direkt die Wellmembran 38 zu belasten. Hierzu ist der Ventilkörper 40 durch ein Loch in der Wellmembran 38 abge­ dichtet hindurchgeführt. Es ist aber auch möglich, eine lochfreie Wellmembran 38 zu benutzen und das Übertragungsteil 42 über das Zentrum der Wellmembran 38 auf den Ventilkörper 40 wirken zu lassen. Gegebenenfalls kann auf der dem Ventilkörper 40 abgewandten Seite der Wellmembran 38 ein Auflagekörper vorgesehen sein, wie er ähnlich durch das obere Ende des Ventilkörpers 40 realisiert ist.

Die Feder 44 ist in einem Federgehäuse 46 angeordnet. Es besteht im we­ sentlichen aus einem Rohrstück 48 mit einer unteren Ausweitung 49, mit dieser Ausweitung, die in etwa den Außendurchmesser der Wellmembran 38 hat, wird die Wellmembran zur Stufe des Gehäuses hin gedrückt oder doch zumindest dort gehalten. Das Rohrstück 48 wird durch einen Gewindering 50, der mit einem Außengewinde in das Innengewinde 34 eingreift und sich auf der Außenfläche der Ausweitung 49 abstützt, im Gehäuse 20 gehalten und dabei zur Wellmembran 38 hin gedrückt.

Das Rohrstück 48 hat ein Innengewinde. In dieses ist eine Stellschraube 52 eingedreht, an der sich die Feder 44 abstützt. Das Rohrstück ist oben durch einen Deckel 54 abgeschlossen.

Der Ventilkörper 40 sitzt auf dem Ventilsitz 36 entlang einer Kontaktlinie 56 auf, die eine Kreislinie ist. Außerhalb dieser Kreislinie befindet sich eine kreisringförmige erste Teilfläche 58 der Wellmembran 38, innerhalb der Kontaktlinie 56 befindet sich eine zweite Teilfläche 60. Beide Teilflächen 58, 60 zusammen ergeben die gesamte freie untere Fläche der Wellmembran 38, während die obere Fläche der Wellmembran 38 unter normalem Atmosphä­ rendruck steht und durch die Feder 44 zentrisch beaufschlagt ist. Die erste Teilfläche 58 ist deutlich größer als die zweite Teilfläche, das Flächenver­ hältnis ist größer als 5 zu 1.

In einer Alternative können Einlass 24 und Auslass 28 auch vertauscht wer­ den. Dann wird also dem Auslass 28 die Einlassfunktion zugeordnet und der Einlass 24 ist für das Auslassen zuständig.

Die Wellmembran 38 ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, es kann aber auch eine Membran aus Kunststoff oder einem Gummimaterial eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil eignet sich einerseits als reines Si­ cherheitsventil, worunter Auslass in die Atmosphäre verstanden wird, und andererseits auch als Überströmventil. Im letzteren Fall ist es zwischen un­ terschiedlichen Teilen einer Kälteanlage angeordnet, insbesondere zwischen einem Hochdruckteil und einem Niederdruckteil. Hier kann ohne Notwen­ digkeit, bei Überdruck in die Atmosphäre ableiten zu müssen, zunächst ein Überdruckabbau innerhalb einer Anlage hergestellt werden, beispielsweise wenn bei Stillstand einer Kälteanlage im Hochdruckteil ein Überdruck auf­ tritt oder alternativ im Niederdruckteil ein Überdruck auftritt. Erst wenn der Druckausgleich innerhalb der beiden Anlagenteile, die durch das erfin­ dungsgemäße Sicherheitsventil verbunden sind, nicht mehr möglich ist, wird ein Überdruck in die Atmosphäre entlassen. Das erfindungsgemäße Sicher­ heitsventil hat dabei den Vorteil, dass nur einer der beiden Anlagenteile, die über das Sicherheitsventil miteinander verbunden sind, ein in die Atmo­ sphäre abblasendes Sicherheitsventil benötigt. Vorzugsweise wird dieses in die Atmosphäre abblasende Sicherheitsventil auf der Niederdruckseite einge­ setzt.

Claims (5)

1. Sicherheitsventil für den Einsatz in Kältemittelleitungen von Kälteanla­ gen,

• a) mit einem Gehäuse (20), das aufweist
  • - einen Einlass (24) für den Anschluss an die zu überwachende Kälte­ mittelleitung,
  • - einen Auslass (28) für den Anschluss einer Auslassleitung,
  • - einen Innenraum, der sich aufteilt in einen ständig mit dem Einlass (24) verbundenen Einlassraum (22) und einen ständig mit dem Aus­ lass (28) verbundenen Auslassraum (26) und
  • - einen Ventilsitz (36) zwischen Einlassraum (22) und Auslassraum (26),
• b) mit einem diesem Ventilsitz (36) zugeordneten Ventilkörper (40), der zwischen einer normalerweise vorliegenden Schließstellung, in der er dichtend auf dem Ventilsitz (36) aufliegt, und einer Öffnungsstellung, in der er sich im Abstand von diesem Ventilsitz (36) befindet, hubbewegbar ist,
• c) mit einer Druckfeder (44), die zwischen dem Ventilkörper (40) und ei­ nem mit dem Gehäuse (20) verbundenen Federgehäuse (46) angeordnet ist und
• d) mit einer Wellmembran (38),
  • - die einen zentrischen Bereich aufweist, in dem sie mit dem Ventilkör­ per (40) verbunden ist,
  • - die zwischen Ventilkörper (40) und Druckfeder (44) angeordnet ist,
  • - die randseitig dicht mit dem Gehäuse (20) verbunden ist,
  • - die den Innenraum nach außen hin abdichtet und
  • - die eine zum Innenraum weisende Kreisfläche hat, welche eine erste Teilfläche (58) und eine zweite Teilfläche (60) ausbildet,

wobei auf die zum Innenraum weisende Kreisfläche der Wellmembran (38) einerseits auf der ersten Teilfläche (58) der vom Einlassraum (22) wirkende Druck einwirkt und andererseits auf der zweiten Teilfläche (60) der im Auslassraum (26) wirkende Druck einwirkt, wobei diese beiden Teilflächen (58, 60) durch die Kontaktlinie (56) von Ventilkörper (40) und Ventilsitz (36) voneinander getrennt sind und sich eine Teilfläche inner­ halb und die andere außerhalb dieser Kontaktlinie (56) befindet und die erste Teilfläche (58) flächenmäßig größer gewählt ist als die zweite Teilflä­ che (60).

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis von erster Teilfläche (58) zu zweiter Teilfläche (60) grö­ ßer ist als 5 zu 1, vorzugsweise größer ist als 10 zu 1 und insbesondere größer ist als 15 zu 1.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (58) eine kreisringförmige Fläche ist und dass die zweite Teilfläche (60) eine Kreisfläche ist.

4. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (58) eine Kreisfläche ist und dass die zweite Teilfläche (60) eine kreisringförmige Teilfläche ist.

5. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fe­ derkraft der Druckfeder (44) einstellbar ist.