DE19952610A1 - Sperrventil für niedrigen und hohen Druck - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sperrventil für niedrigen und hohen Druck für Regel- und Abschalteinrichtungen einer Druckfluidströmung. Es umfaßt einen Kupplungshebel (22), der zwischen einer Sperrposition und einer Freigabeposition der Spindel (19) eines Verschlusses (17) verschwenkbar ist und einen Blockierstift (24) zur Verriegelung der Spindel (19) in der Öffnungsstellung des Verschlusses trägt. Der Hebel wird zum Freigeben der Spindel (19) und Schließen des Verschlusses (17) von einem Freigabenocken (25) betätigt, der sich mit einer elastischen Membran verlagert, welche in Abhängigkeit von den Veränderungen des Drucks des Fluids über und unter vorgegebene Schwellen bewegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sperrventil für nied­ rigen und hohen Druck, das insbesondere, jedoch nicht aus­ schließlich bei Druckreglern einsetzbar ist, die eine Membran als Mittel aufweisen, das gegenüber dem Druck des strömenden Fluids empfindlich ist und als solches abhängig von den Ände­ rungen des Drucks auslenkbar bzw. verlagerbar ist.

Ein Sperrventil wird verwendet, wenn es erforderlich ist, ei­ ne Fluidströmung hinsichtlich ihres Drucks zu überwachen und die Strömung durch deren Unterbrechung abzuschalten, wenn der Druck voreingestellte Minimal- und Maximal-Eichgrenzen unter- bzw. überschreitet.

Die Sperrventile werden im allgemeinen direkt bei den Druck­ reglern eingesetzt, sie können jedoch auch bei allen Regel- und Abschalteinrichtungen einer Fluidströmung verwendet wer­ den.

Ein Sperrventil umfaßt oder enthält im wesentlichen ein Meß­ element, beispielsweise eine elastische Membran, die sich ab­ hängig von den Änderungen des Fluiddrucks bewegt, und ein Be­ aufschlagungselement wie beispielsweise zumindest eine Feder. Wenn es sich um zwei voreingestellte Drücke "minimal und ma­ ximal" handelt, sind zwei Federn vorhanden, eine für jeden Druck. Es umfaßt des weiteren ein Abschalt- bzw. Unterbre­ chungs- oder Verschlußelement, das Teil der Vorrichtung sein kann, bei welcher das Sperrventil eingesetzt wird, und ein Eingriffselement zum Halten des Abschaltelements in einer Öffnungsstellung, wenn sich der Druck innerhalb der voreinge­ stellten Grenzen befindet, und zum automatischen Auslösen bzw. Freigeben für die Schließung, wenn der Druck diese Gren­ zen verläßt.

Die Grundanforderungen für ein zuverlässiges Sperrventil sind:

• - die Wiederholbarkeit des oder der Eingreifdrücke;
• - eine breite Regelmöglichkeit der Drücke;
• - ein niedriges Differential zwischen den Drücken, wenn ein Eingreifen bei minimalem und maximalem Druck vorge­ sehen ist;
• - eine Unempfindlichkeit gegenüber Stößen, um nicht in un­ kontrollierte Eingriffe zu geraten; und schließlich
• - die Abwesenheit von anormalen Eingriffen.

Die bekannten Sperrventile weisen abhängig von der Art der Anwendung verschiedene Auslösesysteme auf:

• - gewinkelt, im allgemeinen mit einem Hebelmechanismus und Rückholstangen zwischen dem Druckmeßelement und dem Ab­ schaltelement;
• - geradlinig, in allgemeinen mit Kugeln und Teleskopauslö­ sesystem, das heißt ein fernrohrartiges System, aber sie erfordern unverändert einen ordentlichen Stoß sei­ tens der Druckmeßmembran.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein relativ einfaches Sperrventil mit guter Empfindlichkeit und Einstellbarkeit zu schaffen, das auch den eventuellen Einsatz eines "Testsystems" für eine Überprüfung des Eingriffs ohne Erfordernis der Einwirkung auf den Druck des Fluids ermög­ licht, und außerdem ohne daß die Membran irgendeine Stoßkraft auf die Blockier/Freigabeanordnung ausüben müßte.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Sperrventil ge­ mäß Anspruch 1 gelöst, welches nachstehend in Anwendung auf einen Druckregler und unter Bezug auf die begleitenden Zeich­ nungen beschrieben wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 im Schnitt ein Beispiel eines mit einem Sperrventil ausgerüsteten Druckreglers;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Sperrventils; und

Fig. 3 dessen vergrößerte Teilansicht.

Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte und bei einem Druckreg­ ler 100 wie beispielsweise dem von Fig. 1 eingesetzte Sperr­ ventil umfaßt einen Körper 10, der sich aus einer Basis 11 und aus einem Deckel 12 zusammensetzt, die zusammengebaut sind, und eine elastische Membran 13, die am Rand zwischen der Basis und dem Deckel des Körpers gehaltert ist und der Kraft einer ersten Feder 14 sowie einer dazu koaxialen zwei­ ten Feder 15 ausgesetzt ist. Das Ventil weist außerdem Lei­ tungen bzw. Kanäle 10' für den Einlaß und den Auslaß des Fluids über einen Filter 10'' in eine von der Membran 13 mit der Basis des Körpers definierte Kammer 16 auf und enthält ein im weiteren nur als Verschluß bezeichnetes Verschlußele­ ment 17, das für seine Öffnung mittels eines Kurbelrads 18 unter Zwischenschaltung einer beim Ausführungsbeispiel von einer abgestuften Stange gebildeten Spindel 19 manuell be­ dienbar ist, mit der ein Blockiersystem 20 verbunden ist, wo­ bei der Verschluß mittels einer Druckfeder 17' in Verschluß­ stellung bewegbar ist.

Der Deckel 12 des Körpers 10 weist ein "Fernrohrsystem" auf, das die zwei koaxialen Tarierfedern 14, 15 aufnimmt, wodurch sich die erste Feder 14 ohne Hubbeschränkung zum Ausüben ei­ nes minimalen Betriebsdrucks nach unten ausdehnen kann, wäh­ rend sich die zweite Feder 15 zum Ausüben des maximalen Drucks nur nach oben ausdehnen kann, wobei in jedem Fall die Bewegungen der Membran beim Variieren des Drucks des Fluids ermöglicht werden. Der Kontaktpunkt zwischen der Bewegung nach unten und nach oben entspricht dem eingestellten bzw. tarierten Nenndruck und ist der Gleichgewichtspunkt.

Das Blockiersystem 20 umfaßt einen in der Kammer 16 angeord­ neten Kunststoffhalter 21, einen Kupplungshebel 22, der an einem Schwenkbolzen 23 gelagert ist, welcher vom Halter 21 getragen ist, einen Blockierstift 24, der von dem Hebel 23 gehalten und dazu bestimmt ist, mit der Spindel 19 des Ver­ schlusses 17 zusammenzuwirken, und einen Freigabenocken 25, der fest mit der Membran 13 verbunden und mit ihr bewegbar ist.

Die Spindel 19 verläuft im Halter 21 zwischen diesem und dem Schwenkhebel 22 und weist eine Stufe 26 auf, die in Richtung der Schließbewegung des Verschlusses 17 ausgerichtet ist, die durch die entsprechende Feder 17' hervorgerufen wird.

Der Blockierstift 24 ist von einem kleinen Kolben 27 gehal­ ten, der in einem in dem Schwenkhebel 22 ausgesparten Sitz 28 gleitend verschiebbar ist und normalerweise von einer Fe­ der 29 zur Spindel 19 hin vorgespannt ist, so daß der Stift 24 auf einer Weglinie des Angreifens an der Stufe 26 in Kontakt mit der Spindel gehalten wird und das Abheben des Stiftes ermöglicht, wenn die Spindel vorgeschoben wird und sich ihr höchster Teil gegenüber dem Stift befindet.

Der Freigabenocken 25 ist vorzugsweise trapezförmig oder dreieckig und befindet sich auf einem Fußstück 30, das von einem Paar Rollen 31 geführt ist, die am Halter 21 angebracht und dazu bestimmt sind, die Reibung der Bewegung zu vermin­ dern.

Der Schwenkhebel 22 ist an der dem Blockierstift 24 abgewand­ ten Seite mit einer Rolle 32 versehen, die sich in Kontakt mit der Spitze des Freigabenockens 25 befindet.

Es ist insbesondere festzuhalten, daß der Teil des Schwenkhe­ bels 22, der auf einer Seite den kleinen Kolben mit dem Bloc­ kierstift und auf der anderen Seite die Kontaktrolle trägt, um etwa 25 bis 30° bezüglich der Spindel des Verschlusses ge­ neigt ist und mit dieser Spindel an dem Teil, wo sich der Schwenkbolzen 23 befindet, oder an der Seite des Freigabenoc­ kens einen spitzen Winkel bildet.

Der Kontakt zwischen dem Schwenkhebel und dem Nocken mittels der Kontaktwalze 32 wird von dem Zusammenwirken der Feder 17' des Verschlusses 17 und der Feder 29 des den Blockierstift 24 tragenden kleinen Kolbens 27 gewährleistet, wenn der Bloc­ kierstift 24 an der Stufe 26 auf der Spindel 19 aufliegt und wenn sich die Membran 13, welche den Nocken 25 trägt, in ei­ ner Gleichgewichtsposition befindet. In anderen Worten ist der Schwenkhebel 22 dann zwischen der Stufe 26 der Spindel 19 des Verschlusses, der von der entsprechenden Feder 17' zur Verschlußposition hin gedrückt wird, und dem von der Mem­ bran 13 gehaltenen Nocken 25 auch dank der Neigung des Hebels eingespannt, wie in Fig. 2 gezeigt.

Wenn ausgehend von einem derartigen Zustand der Druck des ge­ lieferten Fluids variiert, bewegt sich die Membran 13 unter Verlagerung des Freigabenockens 25 bei nachlassendem Druck nach unten oder bei zunehmendem Druck nach oben.

Die Kontaktrolle 32 findet dann keine Stütze mehr an dem Noc­ ken 25, weshalb sich der Hebel 22 unter dem Druck der Fe­ der 17' des Verschlusses um den jeweiligen Bolzen 23 in der Weise dreht (im Gegenuhrzeigersinn in den Zeichnungen), daß der Blockierstift 24 von der Stufe 26 der Spindel 19 des Ver­ schlusses entfernt wird. Damit wird die Spindel "ausgelöst" bzw. entriegelt, und der Verschluß, gedrückt durch die ent­ sprechende Feder 17', verlagert sich so, daß der Sitz des Ge­ räts, an den der Regler angeschlossen ist, geschlossen wird. Die Enden des Blockierstifts 24 erstrecken sich übrigens in Langlöchern 33, die an den Seiten des Hebels ausgespart sind, und in Löcher, die in den zwei parallelen Armen eines Gabel­ stücks 34 vorgesehen sind, das senkrecht zur Spindel 19 des Verschlusses 17 angeordnet ist, ausgehend vom Boden der Kam­ mer 16 zwischen der Membran 13 und dem Basiselement 11 des Körpers 10. Der Teil des Gabelstücks, der die parallelen Arme verbindet, ist mittels eines mit diesen einstückigen Vor­ sprunges 35 in einem Loch geführt, das im Kunststoffhal­ ter 21, mit dem der Schwenkhebel 22 verbolzt ist, ausgespart ist. In der Basis 11 des Körpers 10 ist, in Flucht mit dem Gabelstück 34, ein Druckknopf 36 für einen manuellen Test des Blockiersystems 20 angeordnet.

Wenn man das Funktionieren des Ventils manuell überprüfen will, ohne den Druck des Fluids zu ändern, drückt man in der Tat auf den Knopf 36, so daß er sich zum Inneren des Gabel­ stücks 34 hin bewegt und den Blockierstift 24 so verlagert, daß dieser sich von der Stufe 26 der Spindel 19 entfernt, die, freigegeben, vorwärts gehen kann, damit sich der Ver­ schluß in die Schließstellung bewegt.

Der Hebel mit dem Blockierstift ermöglicht daher außer der automatischen Betätigung im Verlauf des Betriebes des Reglers mit der Änderung des Drucks außerhalb der vorgegebenen Mini­ mal- und Maximalgrenze auch eine manuelle Überprüfung des ex­ akten Funktionierens des Blockier/Freigabesystems von außen. Bei dieser Anordnung ermöglicht die Tatsache, daß der Bloc­ kierstift 24 von einem kleinen Kolben mit Feder beaufschlagt ist und daher bezüglich der Spindel 19 elastisch bewegbar ist, folgendes:

• - der Membran 13, auch dann in die Gleichgewichtsposition zurückzukehren, wenn die Spindel 19 vorgeschoben ist und der Stift auf dem höchsten Teil der Spindel aufzuliegen kommt;
• - die Funktion des manuellen Tests;
• - das Zurücklegen des gesamten möglichen Wegs der Spindel des Verschlusses auch dann, wenn sich die Membran und mit ihr die Kammer in der Gleichgewichtsposition befin­ den;
• - die Montage in allen Positionen des Hebels;
• - das Blockieren des Hebels und damit die Hemmung der Funktion des Sperrventils zu verhindern, in welcher Po­ sition sich auch immer die Kammer und/oder die Spindel des Verschlusses befinden mögen.

Es sei darauf hingewiesen, daß in der Spindel 19 des Ver­ schlusses 17 zwei Nuten ausgespart sein können, um mit zwei elastischen Ringen einen Magneten 37 für den Einsatz eines Magnetschalters außerhalb des Ventils zum Zweck des Anzeigens der Position der Spindel zu haltern.

Schließlich kann das oben beschriebene Ventil auch dafür vor­ bereitet werden, die Funktion eines Thermoventils oder einer Schmelzsicherung auszuführen. Wie eingangs gesagt, ist ein Sperrventil eine Sicherheitsvorrichtung, die einschreitet, wenn gefährliche Zustände hinsichtlich Druckänderungen ent­ stehen können, wobei die Gasströmung gesperrt wird, wenn das Niveau des "überwachten" Drucks unter die festgelegten Gren­ zen fällt oder darüber hinaus ansteigt. In einigen Ländern wird bei den Steuer- und Kontrollvorrichtungen für die Gas­ lieferung immer häufiger eine Sicherheitsvorrichtung gefor­ dert, die bei überhöhter Temperatur einschreiten kann. Das Ventil der vorliegenden Erfindung kann auch eine derartige Zusatzfunktion ausführen. Dies erfolgt dadurch, daß in dem Ventil als Innenhalter 21 des Kupplungsmechanismus 20 ein Ma­ terial mit niedriger Erweichungs-/Schmelztemperatur verwendet wird, so daß sich bei der vorgegebenen Temperatur dieser Hal­ ter verformt und es dem Bolzen 23 ermöglicht, an den Seiten nicht mehr sicher gehalten zu werden und somit von der Reak­ tionsfeder 17' mitgenommen zu werden, die den Einsatz des Verschlusses 17 hervorruft. Diese Maßnahme stellt eine weite­ re Verbesserung des Produkts für Sicherheitszwecke dar, das leicht auch in anderen Ländern verfügbar ist, die noch nicht ausdrücklich einen intrinsischen Schutz gegen Temperaturüber­ schreitungen fordern.

Claims (8)

1. Sperrventil für niedrigen und hohen Druck für Regel- und Ausschalteinrichtungen einer Druckfluidströmung, umfas­ send einen Körper (10) mit einer Kammer (16), die von Fluid durchströmt ist und eine elastische Membran (13) enthält, die abhängig von den Veränderungen des Drucks in der Kammer und nach Maßgabe von Federn (14, 15) Bewe­ gungen bezüglich einer Gleichgewichtsposition ausführen kann, und einen Verschluß (17), der am Ende einer die Kammer durchsetzenden Betätigungsspindel (19) angeordnet und mit der Spindel zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bezüglich eines im Weg des Fluids angeordneten Abschaltsitzes bewegbar ist, wobei die Öff­ nungsstellung durch ein Blockiersystem (20) definiert ist und die Schließstellung von einer dem Verschluß zu­ geordneten Druckfeder (17') verursacht ist, gekennzeich­ net durch einen Kupplungshebel (22), der zwischen der Spindel des Verschlusses und der elastischen Membran an­ geordnet ist, zwischen einer Blockierstellung und einer Freigabestellung zum Blockieren und Freigeben der Spin­ del schwenkbar ist und auf einer Seite einen Blockier­ stift (24), der zum Kuppeln und Festhalten der Spindel in der Öffnungsstellung des Verschlusses bestimmt ist, und auf der entgegengesetzten Seite ein Kontaktmit­ tel (32) aufweist, das mit einem Freigabenocken (25) zu­ sammenwirkt, der mit der elastischen Membran verbunden und mit ihr bewegbar ist sowie dafür bestimmt ist, die Freigabe der Spindel für das Schließen des Verschlusses zu bewirken, wobei der Kupplungshebel (22), wenn sich die Membran in der Gleichgewichtsposition befindet, durch Aufliegen des Kontaktmittels (32) auf dem Nocken die Blockierstellung aufrechterhält, und wobei im Ver­ lauf des Vorschubs der Feder (17') des Verschlusses der Kupplungshebel (22) in die Freigabestellung übergeht, wenn sich der Nocken (25) aufgrund einer Bewegung der Membran infolge einer Änderung des Drucks und unter dem Druck der Feder des Verschlusses von dem Kontaktmittel entfernt.

2. Sperrventil nach Anspruch 1, bei dem der Kupplungshe­ bel (22) an einem in der Kammer (16) angeordneten Hal­ ter (21) angelenkt und bezüglich der Spindel (19) des Verschlusses geneigt ist.

3. Sperrventil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Freiga­ benocken (25) längs eines an der Membran befestigten Fußstücks (30) angeordnet ist, das senkrecht zur Spin­ del (19) des Verschlusses (17) ausgerichtet und von an dem Halter (21) angebrachten Antifriktionsrollen (31) geführt ist, und bei dem das Kontaktmittel (32) an dem Kupplungshebel (22) eine mit dem Freigabenocken zusam­ menwirkende Rolle ist.

4. Sperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Blockierstift (24) am Kupplungshebel (22) dazu be­ stimmt ist, mit einer entlang der Spindel (19) des Ver­ schlusses (17) vorgesehenen Stufe (26) zusammenzuwirken, um die Spindel in der Position des offenen Verschlusses zu verriegeln.

5. Sperrventil nach Anspruch 4, bei dem der Blockier­ stift (24) von einem kleinen Kolben (27) gehalten ist, der in einem in dem Kupplungshebel vorgesehenen Sitz gleitend verschiebbar ist, wobei der kleine Kolben von einer Feder (29) in Richtung zur Spindel (19) hin vorge­ spannt ist, um den Blockierstift (24) normalerweise auf der Schaltweglinie der Stufe (26) der Spindel zu halten.

6. Blockierventil nach Anspruch 5, bei dem sich der Bloc­ kierstift (24) mit seinen zwei Enden in Langlöcher (33) hinein erstreckt, die in gegenüberliegenden Seiten des Kupplungshebels ausgespart sind, und an einem Gabel­ stück (34) festgelegt ist, das sich im Boden der Kam­ mer (16) bis zu einem Betätigungsknopf (36) erstreckt, wobei der Knopf als Einrichtung zum Bewegen des Gabel­ stücks und Verlagern des Stifts aus der Blockierposition in die Freigabeposition der Spindel für eine Funkti­ onsüberprüfung des Sperrventils von außen ohne Verände­ rung des Drucks der Kammer dient.

7. Sperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spindel des Verschlusses ein magnetisches Posi­ tionsvorgabemittel zur Betätigung eines außerhalb der Kammer angeordneten Magnetschalters trägt.

8. Sperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kupplungshebel (22) mit einem Halteelement (21) verbunden ist, das bei einem vorbestimmten Temperatur­ wert einer Verformung oder Schmelzung unterliegt.