DE3102828C2 - Berstfolien-Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Berstfolien-Sicherheitsventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aufgrund der DE-AS 29 13 463 zum Stand der Technik gehört Berstfolien-Sicherheitsventile dieser Art haben gegenüber anderen Kombinationen aus einem Sicherheitsventil mit einer Berstfolienanordnung den Vorteil, daß sie bei genau festlegbaren Drücken ansprechen und wieder schließen und daß ein Auswechseln bzw. Ersetzen der Berstfolie auch bei normalem Betriebsdruck des geschätzten Behälters möglich ist

Bei der bekannten Ausbildung wird das Hilfsventil durch eine mechanische Verbindung mit der Berstfolie in Gestait eines Stößels in der Offenstellung gehalten, und wenn die Berstfolie reißt, wird das Schließelement des Hilfsventil freigegeben, so daß es sich unter der Wirkung einer Feder in die Schließstellung bewegt

Nachteilig kann bei dieser Ausbildung sein, daß die Berstfolie nicht nur unter der Wirkung des Behälterinnendrucks steht sondern auch noch beaufschlagt ist durch die Kraft der Feder, die das Schließelement des Hilfsventils in die Schließstellung zu bewegen sucht. Diese zusätzliche Beanspruchung muß bei der Auslegung der Berstfolie berücksichtigt werden und kann das genau definierte Ansprechen derselben beeinträchtigen.

Hinzu kommt daß wegen der Notwendigkeit der

mechanischen Verbindung zwischen Berstfolie und Hilfsventil eine bestimmte Konstruktion erforderlich ist, die die Gestaltungsfreiheit des Konstrukteurs einengen kann. Dies betrifft insbesondere die Wahl der Berstfolienanordnung, wo die Freiheit der Wahl zwischen den an sich möglichen Ausbildungsformen von Berstscheiben beschränkt ist Aus dem gleichen Grunde kann ein vorhandenes Überdruck-Sicherheitsventil

so nicht ohne weiteres nachgerüstet werden, um ein Berstfolien-Sicherheitsventil der bekannten Art zu erhalten.

Schließlich ist bei der bekannten Ausbildung die Kraft begrenzt, mit der das Schließelement des Hilfsventils nach dem Ansprechen der Berstfolie gegen seinen Sitz gedrückt wird, so daß auch die Dichtigkeit fraglich sein kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die weitere Verbesserung des zum Stand der Technik gehörenden Berstfolien-Sicherheitsventils in der Weise, daß bei einfacherer Konstruktion und erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten die Berstfolie nur noch von dem Behäterinnendruck beaufschlagt ist und keine weiteren Kräfte hinzukommen, so daß die Genauigkeit des Ansprechens erhöht ist. Eine Nachrüstung vorhandener Sicherheitsventile soll ohne Schwierigkeiten möglich sein.

Die gestellte Aufgabe wird durch die im Patentan-

spruch 1 genannten Merkmale gelöst, wobei sich Weiterbildungen und Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen ergeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung entfällt die mechanische Verbindung zwischen der Berstfolie und dem Hilfsventil, so daß nicht nur eine entsprechende konstruktive Vereinfachung erzielt ist, sondern auch die konstruktiven Ausbildungsmöglichkeiten erweitert sind. Dadurch, daß die Federkraft des Hilfsventil nicht mehr auf die Berstfolie abgestützt ist, steht diese nur noch unter Wirking des Behälterdrucks, so daß ihr Ansprechen (Reißen) bei einem präzise festlegbaren Überdruck erfolgen kann.

Rohrbruchventile von der Art, wie sie vorliegend als Hilfsventil Verwendung finden, sind z. B. aus DE-AS 10 20 504 bekannt Hier handelt es sich um ein Rohrbruchventil, das zur Anordnung in der Druckluftspeiseleitung einer bergmännischen Maschine gedacht ist und dessen Ventilschließglied bei normalem Luftdurchsatz von einer Feder in der Offenstellu.ig gehalten ist, während es durch den Staudruck, der durch den bei einem Reißen des Schläuche auftretenden erhöhten Luftdurchsatz entsteht, entgegegen der Kaft der Feder in die Schließstellung bewegt wird.

Eine ähnliche Ausbildung eines bei erhöhtem Mediumdurchsatz schließenden Ventils ist aus der US-PS 21 79 144 bekannt, wo es nur darum geht, eine Leitung zu sperren, wenn der Durchfluß einen übermäßigen Wert erreicht

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsvorschlags ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch den Vorschlag gemäß Anspruch 2 wird eine große Sicherheit des Schließens des Hilfsventils erzielt, solange nur ein ausreichender Überdruck im Behälter noch vorhanden ist

Verschiedene Gestaltungen und Einbaumöglichkeiten ergeben sich aus den Ansprüchen 3 bis 9, wobei die Ausbildung gemäß F i g. 3 sich in besonderem Maße zur Nachrüstung vorhandener Ventilanordnungen eignet.

Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 10 wird das Schließen des Hilfsventils nicht vom Behälterinnendruck abgeleitet, sondern nur vom Druckabfall in dem Zwischenraum zwischen Sicherheitsventil und Berstfolie.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt:

F i g. 1 den Querschnitt durch ein Berstfolien-Sicherheitsventil;

F i g. 2 den teilweisen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Berstfolien-Sicherheitsventils; F i g. 3 den teilweisen Querschnitt einer dritten Ausführungsform eines Berstfolien-Sicherheitsventils; F i g. 4 eine zweite Ausbildung des Hilfsventil; F i g. 5 eine dritte Ausbildung des Hilfsventils; F i g. 6 eine vierte Ausbildung des Hilfsventils. Das Berstfolien-Sicherheitsventil besteht aus einem durch einen Deckel 2 abgeschlossenen Gehäuse 1, in dem ein Sicherheitsventil 3 und eine Berstfolienanordnung 4 untergebracht sind.

Zum Sicherheitsventil gehört ein Ventilsitz 5, auf den ein Ventilschließglied 6 durch eine Schließfeder 7 gedrückt wird. Das andere Ende der Schließfeder 7 stützt sich gegen einen gehäusefesten Quersteg 8 ab, an dem auch eine Führungsbüchse 9 für das Ventilschließglied 6 befestigt ist

Das Gehäuse hat einen Flansch 10, mit dem es an einem Behälter oder dergU der vor Überdruck zu schützen ist befestigt ist Der von diesem behälterseitigen Flansch 10 ausgehende Kanal ist zunächst durch das beschriebene Sicherheitsventil 3 abgesperrt

In Strömungsrichtung hinter dem Sicherheitsventil liegt die Berstfolienanordnung 4, deren als Kreisscheibe ausgebildete 3erstfolie 11 an ihrem Außenrand zwischen Ringen 12 eingespannt und am Gehäuse 1 befestigt ist

Im Ventilschließflied 6 des Sicherheifsventils ist ein

ίο nach Art eines Rohrbruchventils ausgebildetes Hilfsventil 12 eingebaut das vom Behälterinneren über einen im Boden des Ventilschließglieds 6 ausgeführten zentralen Kanal 16 beaufschlagt ist Das Hilfsventil 12 besteht aus einem Differenzdruckkolben 17 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 18 verhältnismäßig kleinen Durchmessers, welcher von einer Druckfeder 19 zum Boden des Ventilschließglieds 6 herangedrückt wird, in welcher Stellung die Durchgangsbohrung 18 eine Fortsetzung des Kanals 16 darstellt Das andere Ende der Druckfeder 19 stützt sich gegen eine Einschraubplatte 20, die in ihrem Zentrum eine gewölbte Absperrfläche

21 aufweist, um die herum eine Mehrzahl von Öffnungen

22 ausgebildet ist Die Durchgangsbohrung 18 ist an ihrem zur Absperrfläche 21 weisenden und mit dieser zusammenwirkenden Ende kegelförmig erweitert

Im Betrieb funktioniert das betrachtete Berstfolien-Sicherheitsventil wie folgt:

Im normalen Zustand, wenn der Druck im Innenraum des geschützten Behälters den Ansprechdruck nicht erreicht, bei dem das Abblasen beginnen soll, befinden sich die Teile in der in F i g. 1 gezeigten Stellung. Über das von der Feder 19 offengehaltene Hilfsventil 12 füllt der Behälterdruck auch den Zwischenraum 30 zwischen dem Sicherheitsventil 3 und der Berstfoiienanordnung 4.

Diesem Druck hält die Berstfolie 11 stand, wobei sie im wesentlichen auf Zug beansprucht wird.

Wenn der Behälterdruck über den Wert ansteigt, dem die Berstfolie standhalten kann, wird diese reißen, und es kommt zu einem plötzlichen Druckabfall im Zwiscnenraum 30. Wegen des verhältnismäßig großen Durchtrittsquerschnitts der mehreren öffnungen 22 in der Einschraubplatte 20 und des drosselartig kleinen Durchtrittsquerschnitts der Durchgangsbohrung 18 im Differenzdruckkoiben 17 wird auch der Druck oberhalb dieses Differenzdruckkolbens schnell absinken, so daß dieser unter der Wirkung der dadurch zustandekommenden Druckdifferenz entgegen der Wirkung der Druckfeder 19 nach oben bewegt wird, bis das kegelig erweiterte Ende der Durchgangsbohrung 18 sich

so dichtend über die gewölbte Absperrfläche 21 legt. Dadurch wird der Strömungsweg durch den Kanal 16 abgesperrt.

Es ist zu sehen, daß bis zum Reißen der Berstfolie 11 diese vom genauen Behälterinnendruck und nur von diesem beaufschlagt wurde, und daß nach dem Reißen der Berstfolie das Berstfolien-Sicherheitsventil wie ein gewöhnliches Überdruck-Sicherheitsventil wirkt, d. h. das Ventilschließglied 6 hebt entgegen der Wirkung der Schließfeder 7 von seinem Ventilsitz 5 ab, bis der unzulässige Überdruck im Behälter abgebaut ist, wonach das Ventilschließglied 5 wieder schließt. Dann kann die Berstfolie auf einfache Weise erneuert werden.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausbildung unterscheidet sich

von der vorstehend betrachteten nar dadurch, daß das Hilf&.entil 12seitlich im Ventilsitz5 des Sicherheitsventils 3 eingebaut ist. Dessen Ventilschließglied 36 wird durch eine Schließstange 37 auf den Ventilsitz 5 gedrückt; die Kraftbeaufschlagung der Schließstange 37

■ ist nicht gezeigt. Die Berstfolienanordnung ist bei dieser Ausbildung am Austrittsflansch 38 angeschraubt, wobei die Berstfolie 11 auch hier zwischen zwei Ringen 39 eingespannt ist.

Die Funktion dieser Ausbildung unterscheidet sich nicht von der Funktion der Ausbildung gemäß F i g. 1.

In F i g. 3 ist eine Ausbildung gezeigt, bei der das Hilfsventil 12 eine besondere Baueinheit darstellt, welche in eine Leitung 40 eingebaut ist, welche den behälterseitigen Raum vor dem Sicherheitsventil 3 mit dem Zwischenraum 30 zwischen dem Sicherheitsventil 3 und der Berstfolienanordnung 4 verbindet. Eine solche Ausbildung ist besonders geeignet zur Nachrüstung von vorhandenen Sicherheitsventilen. Auch bei dieser Ausbildung entspricht die Funktion der der Ausbildung gemäß Fig. 1.

In Fig.4 ist eine zweite Ausbildungsform des Hilfsventils gezeigt, wobei dieses wiederum im Ventilschließglied 6 eines Sicherheitsventils eingebaut ist. Hier ist anstatt eines Differenzdruckkolbens ein Differenzdruckstopfen 41 vorhanden, dessen unteres Ende dichtend an einen Faltenbalg 42 angeschweißt ist, wobei dessen oberes Ende seinerseits an einem Ring 43 angeschweißt ist, welcher mittels der Einschraubplatte

20 im Ventilschließglied 6 dicht eingespannt ist. Außer ihrer Dichtungswirkung entfaltet der Faltenbalg 42 noch eine Federwirkung, indem er den Differenzdruckstopfen 41 von der Absperrfläche 21 der Einschraubplatte 20 weg drückt und solange in der Offenstellung hält, wie keine Druckdifferenz auf den Differenzdruckstopfen 41 wird.

Die Funktion dieses Hilfsventils entspricht im wesentlichen der der bisher betrachteten Ausbildungen. Kommt es zu einem Reißen der Berstfolie, so fällt der Druck oberhalb des Differenzdruckstopfens 41 und innerhalb des Faltenbalgs 42 schroff ab, was durch die als Drossel wirkende Durchgangsbohrung 18 auch nicht verhindert wird. Der durch den Kanal 16 auf die Unterfläche des Differenzdruckstopfens 41 und die Außenfläche des Faltenbalgs 42 wirkende Behälterdruck bewirkt eine Bewegung des Differenzdruckstopfens 41 nach oben, bis sich dessen kegelig erweiterte Durchgangsbohrung 18 dicht gegen die Absperrfläche

21 der Einschraubplatte 20 legt

Eine dritte Ausbildung des Hilfsventils ist aus F i g. 5 ersichtlich, wobei auch dieses in einem Ventilschließglied 46 eingebaut gezeigt ist. Es besteht im wesentlichen aus einer Differenzdruckplatte 47, die federnd in einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kanal 48 des Ventilschließglieds 46 gehalten ist. Zwischen dem Rand der Differenzdruckplatte 47 und der Oberfläche des Kanals 48 bleibt in dieser Ruheposition ein Drosselspalt 49. Kommt es zu einem Reißen der Berstfolie und damit zu einem Druckabfall oberhalb der Differenzdruckplatte 47, so bewegt diese sich entgegen der Wirkung der Feder 50 nach oben und legt sich dichtend gegen die sich kegelstumpfförmig verjüngende Wand des Kanals 48 und sperrt diesen ab.

F i g. 6 zeigt ein wiederum in ein Ventilschließglied 65 eingebautes Hilfsventil, das nur durch den Druckabfall im Zwischenraum 30 betätigt wird. Dieses besteht im wesentlichen aus einem in einer Querbohrung 51 eingesetzten Schieber 52, der in seiner (in Fig.6 gezeigten) Ausgangsstellung den vom Behälterinneren her kommenden Kanal 53 über eine Eindrehung oder Bohrung mit einem weiteren Kanal 54 verbindet, welcher in den Zwischenraum 30 mündet.

Gleichfalls in den Zwischenraum 30 münden zwei weitere Bohrungen, nämlich eine weite Bohrung 57 am einen Ende der Querbohrung 51 und eine enge Drosselbohrung 58 am anderen Ende der Querbohrung 51. Dadurch folgt der Druck im Raum 59 auf der einen Seite des Schiebers 52 praktisch ohne Verzögerung dem Druck im Zwischenraum 30, während der Druck im als Speicherraum 60 wirkenden Raum auf der anderen Seite des Schiebers 52 dem Druck im Zwischenraum 30 nur langsam folgt

Kommt es zu einem Reißen der Berstfolie und zu einem entsprechenden plötzlichen Druckabfall im Zwischenraum 30, so hat dies einen entsprechenden schroffen Druckabfall im Raum 59 zur Folge und unter der Wirkung des im Speicherraum 60 zunächst noch vorhandenen höheren Drucks bewegt sich der Schieber 52 in seine Schließstellung.

Es ist zu sehen, daß bei einer solchen Ausbildung des Hilfsventils dieses ohne unmittelbare Mitwirkung des Behälterdrucks nur durch den Druckabfall im Zwischenraum 30 in seine Schließstellung bewegt wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Berstfolien-Sicherheitsventil mit einem von einer Feder in Schließrichtung und vom Druck im abzusichernden Behälter in Öffnungsrichtung beaufschlagten Ventilschließglied und mit einer Berstfolie, die in Ausströmrichtung hinter dem Ventilschließglied liegt, wobei zwischen dem Ventilschließglied und der Berstfolie ein Zwischenraum vorhanden ist, in den ein vom Behälterinneren ausgehender Kanal mündet, in welchem ein in der Betriebsstellung offenes, bei Bruch der Berstfolie schließendes Hilfsventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (12,41,47; 52) nach Art eines Rohrbruchventils ausgebildet ist, so daß es durch den beim Reißen der Berstfolie (U) in dem Zwischenraum (30) auftretenden Druckabfall selbsttätig in die Schließstellung übergeht

2. Berstfolien-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil auf einer Seite unmittelbar vom Behälterdruck und auf seiner anderen Seite vom Zwischenraumdruck beaufschlagt ist

3. Berstfolien-Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil einen Differenzdruckkolben (17) mit einer Durchgangsbohrung (18) aufweist, die in der Schließstellung des Differenzdruckkolbens von einer Absperrfläche (21) überdeckt wird, wobei der Differenzdruckkolben von einer Feder (19) in Richtung der Offenstellung beaufschlagt ist.

4. Berstfolien-Sicherheitsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet »laß die Durchgangsbohrung (18) an ihrem zur Absperrfläche (21) weisenden Ende kegelförmig erweitert ist und die Absperrfläche (21) eine halbkugelige Oberfläche aufweist

5. Berstfolien-Sicherheitsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (12) im Ventilschließglied (6) des Sicherheitsventils (3) eingebaut ist und der Kanal (16) in dessen Boden ausgebildet ist

6. Berstfolien-Sicherheitsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (12) im Ventilsitz (5) des Sicherheitsventils (3) eingebaut ist.

7. Berstfolien-Sicherheitsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (12) in eine Leitung (40) zwischen einem mit dem Behälterinneren in Verbindung stehenden Raum und dem Zwischenraum (30) eingebaut ist (F i g. 3).

8. Berstfolien-Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil einen Differenzdruckstopfen (41) mit einer Durchgangsbohrung (18) aufweist, die in der Schließstellung des Differenzdruckstopfens von einer Absperrfläche (21) überdeckt wird, wobei der Differenzdruckstopfen dicht in einem federnden Faltenbalg (42) sitzt, der ihn in der Offenstellung zu halten sucht (F i g. 4).

9. Berstfolien-Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Hilfsventil eine federbeaufschlagte Differenzdruckplatte (47) aufweist, die unter Belassung eines Drosselspalts (49) in einem sich verengenden Kanal (48) sitzt und durch die Druckdifferenz zwischen dem Behälter und dem Zwischenraum entgegen der Wirkung der Feder (50) in die Schließstellung bis zum dichtenden Anliegen

an der sich verengenden Kanalwandung bewegbar ist (F ig. 5).

10. Berstfolien-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Hilfsventil einen Schieber (52) aufweist, dessen erste Stirnfläche über eine weite Bohrung (57) und dessen zweite Stirnfläche über eine Drosselbohrung (58) mit dem Zwischenraum (30) in Verbindung steht und durch den schnelleren Druckabfall seitens der ersten Stirnfläche in die Schließstellung bewegbar ist (F ig. 6).