DE102005020419A1

DE102005020419A1 - Doppelsicherheitsabsperrventil

Info

Publication number: DE102005020419A1
Application number: DE200510020419
Authority: DE
Inventors: Kunibert Neu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-23

Abstract

Hauptanspruch: Doppelsicherheitsabsperrventil (1) mit zwei in einem Gehäuse (3) und einem mit diesem verbundenen Gehäuseunterteil (5) untergebrachten, axial verschiebbaren Ventilverschlussgliedern (33, 34), die koaxial zueinander angeordnet sind und abhängig voneinander durch eine axiale Öffnungsbewegung gegen die Kraft der jeweiligen Schließfeder (20, 27) von ihrem jeweiligen Ventilsitz (10, 12 bzw. 37) abheben, wobei das Gehäuse (3) einen Mittelraum (11) aufweist, der von einem Gehäusedeckel (4) nach außen begrenzt wird, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A dass die Ventilverschlussglieder (33, 34) und ein Hubmagnet (32) auf einer gemeinsamen Schubstange (15) angeordnet sind und dass der Hubmagnet (32) und das ausgangsseitige Ventilverschlussglied (34) mit den Bewegungen der Schubstange (15) gekoppelt sind und dass das ausgangsseitige Ventilverschlussglied als Doppelsitzventil (34) mit Toleranzausgleich ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Doppelsicherheitsabsperrventil mit zwei in einem Gehäuse und einem mit diesem verbundenen Gehäuseunterteil untergebrachten, axial verschiebbaren Ventilverschlussgliedern, die koaxial zueinander angeordnet sind und abhängig voneinander durch eine axiale Öffnungsbewegung gegen die Kraft der jeweiligen Schließfeder von ihrem jeweiligen von einem Ringkanal getrennten Ventilsitz abheben, wobei das Gehäuse einen Mittelraum aufweist, der von einem Gehäusedeckel nach außen begrenzt wird und dass der Hubmagnet für die eingangsseitige Ventilverschlusseinrichtung auf einer gemeinsamen Schubstange im Gaseintrittsraum angeordnet ist und dass der Hubmagnet und die ausgangsseitige Ventilverschlusseinrichtung, als Doppelventiltellereinheit ausgebildet, mit den Bewegungen der Schubstange durch einen externen Antrieb gekoppelt sind.

Aus der DE 102 07 463 B4 ist ein Doppelsicherheitsventil bekannt, deren beide Ventilteller auf einer gemeinsamen Achse übereinander angeordnet sind. Diese Ventilbauart setzt einen externen Schubantrieb voraus, der auf das Ventilgehäuse befestigt wird und die interne Schubstange gegen die Kraft der eingebauten Schließfeder in Öffnungsrichtung bewegt. Ist in Geschlossenstellung der Schubstange und damit des ausgangsseitigen Ventilverschlussgliedes das eingangsseitige Ventilverschlussglied durch Erregung des Hubmagnetes geöffnet worden, so sind beide Ventilverschlussglieder in ihren Bewegungen mit der Schubstange gekoppelt. Dies schafft die Voraussetzung für die Regelung des Ausgangsdruckes, wenn der externe Schubantrieb beispielsweise in der Art eines elektrohydraulischen Antriebes mit Reglerfunktion verwendet wird.

Schubantriebe sind in der Regel einseitig wirkende Kolbenantriebe, die durch eine Rückholfeder wieder in die Ruhelage zurückgesetzt werden. Die Ruhelage stellt für den Ventilantrieb die energielose Stellung dar, wobei das betriebene Ventil in Geschlossenstellung stehen muss. Das Erreichen der Geschlossenstellung aus der vollen Offenstellung heraus, muss bei einem Gassicherheitsventil in weniger als 1 Sekunde erfolgen. Diese Forderung führt dazu, dass die dem Schubantrieb zugeordnete Schließfeder wesentlich stärker ausgelegt werden muss, als es die Einhaltung der Gegendruckprüfung nach EN 161 für ein Gasventil der Klasse A von der betroffenen Ventilverschlusseinrichtung fordert. Deshalb sind Ventile mit derartigen Antrieben was die Schließkraft in Geschlossenstellung anbelangt, reinen A-Ventilen nach EN 161 überlegen.

Ein typischer Vertreter dieser Gassicherheitsventile ist in DE 101 14 249 A1 beschrieben, bei dessen Entwicklung der Schubantrieb bereits vorlag und bei dem die großen Durchflüsse besonders bei den großen Nennweiten nur über den Einbau von Doppelsitzventilen möglich war, bei denen die resultierenden Schließkräfte aus dem anstehenden Gasdruck auf schmale Kreisringe reduziert wurden. Das Besondere an dem dort eingesetzten Stellglied ist die eineindeutige Klassifizierung als Ventil der Klasse A sowohl für den oberen als auch den unteren Ventilsitz. Dies wurde erreicht durch den Einbau zweier unabhängig wirkender am Gehäuse sich abstützender Schließfedern für jeden einzelnen Sitz.

Gummielastische oder durch Lippenbildung ausgeformte Doppelsitzstellglieder sind beispielsweise aus der DE 43 37 703 C1 bekannt, wobei es in der Praxis aufwendiger Fertigungsschritte bedarf die geforderte Dichtheit an beiden Sitzen gleichzeitig mit nur einer Schließfeder und einem einteiligen metallenen Stellgliedkörper zu erzeugen. Obwohl die resultierenden Gaskräfte an solchen Doppelsitzventilen gegen Null gehen, sind die aufzubringenden Schließfederkräfte zur Erzeugung der Sperrdrücke an jedem beliebigen Punkt der beiden Sitzumfänge nicht zu vernachlässigen, was die Magnetdimensionen belegen. Hier steckt die Reproduzierbarkeit der Funktionstüchtigkeit in der Beherrschung der Fertigungstechnik, um die vorgegebenen Toleranzen bei der Kombination von verschiedenen Sitzformen (flach-flach, spitz-spitz, spitz-flach) korrekt einzuhalten. Dies gilt auch für die Bearbeitung der in einem Vulkanisationsprozess hergestellten Gummidichtflächen des Stellgliedes.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Doppelsitzventil mit definiertem, von der Schließkraft am kleinen Sitz bestimmten Toleranzausgleich zu schaffen, der ein Bearbeiten Gummidichtflächen nicht mehr erforderlich macht.

Der komplizierte Aufbau dieser hydraulischen Schubantriebe macht es nicht möglich im Bereich der kleinen Nennweiten bis 50 mm in Konkurrenz zum Magnetantrieb zu treten. Der Schubantrieb hat deshalb seinen Einsatz im Bereich der größeren Nennweiten gefunden.

Ein weiterer Vorteil dieser Hydraulikantriebe liegt darin, dass er alle in der Gasanwendung vorkommenden Reglungsaufgaben für den Gasausgangsdruck übernehmen kann und dass er dabei nicht auf die Energie des Druckgefälles im Gasventil angewiesen ist, die sich in der Größenordnung von mbar bewegt, sondern im Bar-Bereich liegt. Damit kann das Gasventil mit geringem Durchflusswiderstand ausgelegt werden. Das aus der DE 102 07 463 B4 bekannte Doppelsicherheitsabsperrventil bringt diese Voraussetzung mit.

Damit ein ebener Ventilteller den durch den Ventilsitzdurchmesser möglichen Volumenstrom nicht verringert, sollte sein Abstand vom Ventilsitz ein Viertel des Sitzdurchmessers sein. Werden alle Sitzdurchmesser einer Ventilbaureihe mit gleicher Proportion zur Nennweite des Anschlussrohres ausgeführt, so hat das Ventilverschlussglied der Nennweite 200 den vierfachen Hub gegenüber einem Ventilverschlussglied der Nennweite 50. Da die Ventilbaureihe möglichst mit einem Schubantrieb auskommen sollte, die Kosten des Antriebes jedoch von der Hublänge maßgeblich beeinflusst werden, werden entweder die großen Nennweiten ausgespart, Durchflusseinbußen in Kauf genommen. Die Entwicklung eines zweiten, stärkeren Schubantriebes für eine solche Baureihe muss aus wirtschaftlichen Gründen unterbleiben.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Doppelsicherheitsabsperrventil zu schaffen, das unter Beibehaltung der hohen Durchflusszahlen bei geringen Druckverlusten eine Reduzierung des erforderlichen maximalen Hubes sowohl für das Ventil als auch für en Schubantrieb ermöglicht. Dabei bleiben Zündgasversorgung und Ventilprüfung mit Ventilschaltabfolge erhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das ausgangsseitige Ventilverschlussglied zu einem Doppeltellerstellglied erweitert wird. Dadurch wird im Vergleich zu einem Einzelsitzventil mit gleichem Durchfluss eine Hubreduzierung von theoretisch 30 praktisch 25 %. Dies sind bei der Nennweite 150 mm fast 10 mm Hubreduzierung. Die sich daraus ableitende Ölmenge braucht beim Schnellschluss des Ventils nicht verdrängt werden, was wesentlich zur Wirtschaftlichkeit des Gesamtkonzeptes Antrieb und Ventil beiträgt.

Zum Gesamtenergieverbrauch einer Gasverbrauchsanlage werden heute auch die Energieanteile der Sicherheitskomponenten betrachtet, wobei das erfindungsge mäße Doppelsicherheitsabsperrventil vorteilhaft zur Anwendung kommt. Vor allem die auf die Grundfunktionen Zündgas und Ventilprüfung abgestimmte Hubhöhe des eingangsseitigen Ventilverschlussgliedes schafft die Basis für sparsamen Energieeinsatz speziell beim Hubmagneten. Die elektronische Beschaltungstechnik sorgt für eine zusätzliche Einsparung nach dem Anziehen während des Zeitraums der Einschaltdauer.

Wesentlich zur Energieeinsparung trägt bei, dass in der Regel für Zündgas ein Steuerventil der Nenngröße 20 mm verwendet wird. D.h. dass mit zunehmender Ventilbaugröße der theoretisch erforderliche Hub des eingangsseitigen Ventilverschlussgliedes immer kleiner wird. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Auslegung des Hubmagneten aus. Wirtschaftlich ergeben sich gegenüber Ventilbauformen, die entweder einen zweiten Schubantrieb oder einen für den vollen Hub ausgelegten Antriebsmagneten auf der ersten Ventilachse benötigen, enorme Vorteile sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb.

Besonders vorteilhaft ist das ausgangsseitige Ventilverschlussglied in Bezug auf die Regelaufgaben, da der fast vorhandene axiale Kraftausgleich zu einem wesentlich gleichförmigeren Reglerverhalten führt als das einsitzige Regler aufweisen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Die dargestellten und beschriebenen Merkmale sind nicht als abschließend zu betrachten, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Beschreibung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und erläutert und wird durch ein Ausführungsbeispiel ergänzt. Es zeigt

1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppelsicherheitsabsperrventils im Längsschnitt;

2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppelsicherheitsabsperrventils im verkürzten Längsschnitt;

3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppelsicherheitsabsperrventils im verkürzten Längsschnitt;

In 1 ist mit 1 ist ein Doppelsicherheitsabsperrventil bezeichnet. Mit 2 ist der externe Schubantrieb bezeichnet, auf dessen Darstellung verzichtet wird, da dieser Antrieb für Sicherheitsventile bekannt ist.

Das Gas tritt durch den Eingangsflansch 6 in den Gaseintrittsraum 8 des Ventilgehäuses 3 und in das in Flussrichtung hinter dem Feinsieb 9 angeordnete Gehäuseunterteil 5 ein. Der Ventilsitz 10 für das eingangsseitige Ventilverschlussglied 33 trennt den Gaseintrittsraum 8 vom Mittelraum 11, 11a in Geschlossenstellung ab. Zwischen dem Ventilsitz 10 und dem Ventilsitz 12 beginnt der Ringquerschnitt 11a, der in den Mittelraum mündet, der vom Gehäusedeckel 4, der Gehäusetrennwand 14 und der deckelseitigen Wandhälfte des Gasaustrittsraumes 13 gebildet wird. Die Ventilsitze 12 und 37 des ausgangsseitigen Ventilverschlussgliedes 34 geben den Hauptgasstrom frei, wenn der Öffnungshub der Schubstange 15 beginnt. Der Gasstrom verlässt das Ventilgehäuse 3 über den Ausgangsflansch 7. Der Gehäusedeckel 4 und das Gehäuseunterteil sind gasdicht mit dem Ventilgehäuse 3 verbunden und zentriert.

Auf der Schubstange 15, die in der abdichtenden Gleitführung 38 und in der Buchse 21 geführt ist, sind das Ventilverschlussglied 34 und der Hubmagnet 32 über das Distanzrohr 19 und die Druckfeder 31 kraftschlüssig miteinander verbunden. Dabei wirkt die Schließfeder 20 direkt auf den Teller 29, der formschlüssig mit einem Kreisringelement des inneren Tellers 18 verbunden ist, der die Schließkraft über den Dichtgummi 17 auf den Ventilsitz weiterleitet. Der Teller 18 ist kraftschlüssig über die Distanzhülse 16 mit dem aufvulkanisierten Ventilteller 36 verbunden. Die Schließfeder 31, die sich auf der Schließfeder 20 abstützt, erzeugt die erforderliche Dichtkraft auf Ventilsitz 37. Das wird dadurch möglich, dass der Teller 18 in einen äußeren Kreisring und eine innere Lochscheibe getrennt wurden, die durch den aufvulkanisierten Dichtwerkstoff miteinander verbunden sind. Dies dient dazu, fertigungsbedingte Toleranzen zwischen Abstand der beiden Sitze (12, 37) und dem Abstand der Dichtflächen (17, 36) zu kompensieren.

Wird das ausgangsseitige Ventilverschlussglied geöffnet, so überträgt der Sicherungsring 39 die Schubkraft auf den Ventilteller 36, die Distanzhülse 16 und die Lochscheibe des Tellers 18 gegen die Schließfeder 31. Wenn der nur wenige zehntel Millimeter große Spiel zwischen den Tellern 18 und 29 aufgezehrt ist, beginnt der Öffnungshub für den Ventilsitz 12. Der Öffnungshub für die Schubstange 15 wird durch den Festanschlag 22 begrenzt.

Auf dem Distanzrohr 19 ist das Ventilverschlussglied 33 leicht verschiebbar in Buchsen 35 gelagert, damit das Verschlussglied beim Schließen annähernd planparallel auf den Ventilsitz auftrifft. Nur dann wird die Dichtkraft gleichmäßig über den Sitzumfang verteilt. Die Buchsen 35 sind im aus magnetischen Werkstoff bestehenden Topfanker 26 untergebracht. Der Topfanker ist formschlüssig über einen Sprengring 25 mit dem Dichtflansch 24 verbunden, der eine stirnseitige Dichtwulst 23 aufweist. Der Außendichtring der Rollmembran 30 ist zwischen Topfankerkragen und Dichtflansch eingespannt. Die innere Dichtwulst der Rollmembran ist im Kreisring des Tellers 18 untergebracht. Die Rollmembran 30 trennt die beiden Ventile des Doppelventils gasdicht voneinander ab. Die Schließfeder 27 ist verantwortlich für die ausreichende Schließkraft auf Ventilsitz 10 des eingangsseitigen Ventils. Die Schließfeder 27 stützt sich im Gehäuseunterteil ab. Die Antiklebescheibe 28 gewährleistet sofortigen Beginn der Schließbewegung, wenn der Hubmagnet entregt wird.

Bei geschlossenem eingangsseitigen Ventilverschlussglied 33 kann das ausgangsseitige 34 durch die Schubstange voll geöffnet und wieder geschlossen werden. Das eingangsseitige Ventilverschlussglied kann nur geöffnet werden, wenn das ausgangsseitige Ventilverschlussglied in Geschlossenstellung steht. Sind beide Ventilverschlussglieder voll geöffnet, so kann das eingangsseitige Ventilverschlussglied den vollen Schließhub vollziehen und unabhängig von der Lage des ausgangsseitigen Ventilverschlussgliedes den Gasdurchfluss beenden.

In 2 ist der Dichtflansch 124 des eingangsseitigen Ventilverschlussgliedes über die Mantelfläche des Hubmagnetes verlängert, um die Führung des Ventilverschlussgliedes zu verbessern. Die Buches 135 sorgt zusammen mit der Buchse im Topfanker für eine Axialbewegung mit definiertem Spiel zum kontrollierte Aufsetzen der Dichtwulst auf den Ventilsitz. Die Rollmembran 130 ist zwischen dem Dichtflansch 124 und dem Hubmagneten am unteren Ende des Dichtflansches angebracht. Der O-Ring 140 dichtet den nunmehr erweiterten Mittelraum nach dem Eingangsraum hin ab.

In 3 bilden Dichtflansch 224 und der Topfanker 226 das formschlüssig gestaltete Ventilverschlussglied aus, wobei der O-Ring im Dichtflansch für die Abdichtung des Mittelraums zum Eingangsraum eingesetzt ist. Die beiden dynamischen Dichtungen 230 am Distanzrohr sind so angeordnet, dass Dichtheit bei Druckdifferenzen in beiden Richtungen gewährleistet wird.

Claims

Doppelsicherheitsabsperrventil (1) mit zwei in einem Gehäuse (3) und einem mit diesem verbundenen Gehäuseunterteil (5) untergebrachten, axial verschiebbaren Ventilverschlussgliedern (33, 34), die koaxial zueinander angeordnet sind und abhängig voneinander durch eine axiale Öffnungsbewegung gegen die Kraft der jeweiligen Schließfeder (20, 27) von ihrem jeweiligen Ventilsitz (10, 12 bzw. 37) abheben, wobei das Gehäuse (3) einen Mittelraum (11) aufweist, der von einem Gehäusedeckel (4) nach außen begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilverschlussglieder (33, 34) und ein Hubmagnet (32) auf einer gemeinsamen Schubstange (15) angeordnet sind und dass der Hubmagnet (32) und das ausgangsseitige Ventilverschlussglied (34) mit den Bewegungen der Schubstange (15) gekoppelt sind und dass das ausgangsseitige Ventilverschlussglied als Doppelsitzventil (34) mit Toleranzausgleich ausgebildet ist.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Mittelraums (11) zwischen dem Dichtflansch des Ventilverschlussgliedes (33) und dem Kreisringelement des Ventiltellers (18) des Ventilverschlussgliedes (34) eine Rollmembran (30) eingebaut ist.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft der Schließfeder (20) den Hubmagnet (32), das Distanzrohr (19) und den Ventilteller (34) kraftschlüssig miteinander verbindet und im Zwischenraum die Schließfeder (31) für den Toleranzausgleich des Ventilverschlussgliedes (34) angeordnet ist.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangsseitige Ventilsitz (10) in Öffnungsrichtung sowohl über, auf gleicher Höhe als auch unter dem ausgangsseitigen Ventilsitz (12) angeordnet sein kann.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilverschlussglied (33) durch das Distanzrohr (19) axial geführt ist.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilverschlussglied (33) zusätzlich über den als Rohr ausgebildeten Dichtflansch (124, 224) am Außendurchmesser des Hubmagneten axial geführt ist.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollmembran (130) zwischen Dichtflansch (124) und Hubmagnetgehäuse angeordnet und dass die Hubmagnetbohrung gegenüber der Schubstange mit einer Dichtung (140) ausgestattet ist.
Doppelsicherheitsabsperrventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (230) im Topfanker (226) angeordnet sind, die den Eingangsraum vom Mittelraum (11) gasdicht trennen.