DE1108032B - Gasdruckregelventil mit einem zwischen Verschlussstueck und Gehaeuse vorgesehenen verengten Durchflusskanal von gleichbleibender Laenge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 41082 Xn/47g

ANMELDETAG: 18. JULI 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 31. MAI 1961

Die Erfindung betrifft ein Gasdruckregelventil mit einem Gehäuse, welches der Gasstrom über eine Auslaßkammer verläßt und in welchem in einer Bohrung ein axial bewegbares Ventilverschlußstück angeordnet ist, das gegen einen am Gehäuse angeordneten Sitz durch den Druck in der Auslaßkammer bewegt wird, der auf eine druckempfindliche Membran gegen die einstellbare Kraft einer Stellfedervorrichtung wirkt, wobei zwischen Sitz und Verschlußstück eine Druckkammer und zwischen Verschlußstück und Gehäusebohrungswand ein verengter Durchflußkanal von gleichbleibender Länge vorgesehen ist, der letztere als Spielraum des Ventilverschlußstückes in der Gehäusebohrung.

Bei derartigen Gasdruckregelventilen, insbesondere falls sie zur Regelung der Sauerstoffzufuhr bzw. der Zufuhr eines Atmungsgases bei Atemgeräten dienen, besteht die Aufgabe, den Auslaßdruck des Ventils stets gleichmäßig zu halten. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases am Auslaß innerhalb gewisser Grenzen ändern kann, beispielsweise dadurch, daß sich die Inhalationsgeschwindigkeit ändert und die Inhalation selbst von Pausen unterbrochen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung bei einem Gasdruckventil der eingangs erwähnten Art vorgesehen, daß der Spielraum zwischen dem Ventilverschlußstück, welches während seiner Bewegungen in der Gehäusebohrung zum Ventilsitz hin und zurück durch an sich bekannte Mittel genau geführt wird, und der Gehäusebohrung so bemessen ist, daß sich die Durchfiußgeschwindigkeit im wesentlichen linear mit den Druckänderungen in der Auslaßkammer ändert und über den ganzen Durchflußgeschwindigkeitsbereich laminar bleibt. Auf die angegebene Weise wird es möglich, die gewünschte Regelung zu erzielen, wobei das Ziel mit besonders einfachen Mitteln erreicht wird. Beispielsweise war es auch bislang schon üblich, das Ventilverschlußstück genau zu führen. Diese Maßnahme diente jedoch bisher ausschließlich dem Zweck, das Verschlußstück auf dieVentilöffnung auszurichten und damit das Ventil zu schließen. Auch wurde bislang schon der Zwischenraum zwischen Ventilverschlußstück und Ventilgehäuse als Durchflußkanal benutzt, wobei jedoch nicht gleichzeitig für eine Führung des Verschlußstückes gesorgt war, so daß bisher dieser als Durchlaßkanal benutzte Spielraum keine Regelungswirkung ausübte, da der Querschnitt dieses Spielraums nicht stets an allen Stellen gleichblieb.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Druckkammer eine Abmessung und

Gasdruckregelventil

mit einem zwischen Verschlußstück

und Gehäuse vorgesehenen verengten

Durchflußkanal von gleichbleibender Länge

Anmelder:
The Bendix Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Juli 1955

Bradford Buttrick Hohnes, New York, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Ausbildung hat, durch die die Durchflußturbulenz stromab von Sitz und Verschlußstück verschwindet. Weiter empfiehlt es sich, das Gasdruckregelventil so auszubilden, daß durch die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer und der Auslaßkammer eine Kraft auf das Verschlußstück ausgeübt wird, durch die der bei der Ausdehnung auftretende Kraftverlust der Stellfeder ausgeglichen wird. Durch diese Maßnahmen wird die angestrebte Wirkung des Ventils noch weiter verbessert. Bei einer geeigneten Bemessung und Ausbildung der Druckkammer kann sich der Gasstrom in dieser Kammer so beruhigen, daß die Durchflußturbulenz beim Durchströmen durch die Kammer praktisch bereits weitestgehend verschwindet, so daß die Regelwirkung des Verschlußstückes unterstützt wird. Mit der zuletzt genannten Maßnahme wird ebenfalls die Regelungsgenauigkeit dadurch erhöht, daß die unvermeidliche Änderung der Federkraft bei Ausdehnung oder Kompression von vornherein berücksichtigt und ausgeglichen wird.

Der Erfindungsgegenstand soll im nachfolgenden im Zusammenhang mit den Zeichnungen an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, wobei die Zeichnungen und die Beschreibung nur zur Erläuterung dienen und nicht die Erfindung irgendwie beschränken sollen. Es zeigt

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Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch die Mitte steht. In dieser Öffnung 43 kann vorteilhafterweise der

des Ventils, Winkelhebel am Drehzapfen gelagert sein.

Fig. 2 eine Endansicht der rechten Seite des in Die Gehäusekappe 41 ist im allgemeinen zylin-

Fig. 1 wiedergegebenen Ventils, drisch geformt und zweckentsprechend mit dem Ge-

Fig. 3 eine Seitenansicht des Ventils, welches den 5 häuse 11 verbunden. Die Verbindung kann über

Boden der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wiedergibt. Ansätze 44 und Schrauben 45 erfolgen. Innerhalb der

Das Ventil 10 besteht aus dem Gehäuse 11, das mit Kappe 41 befindet sich eine spiralförmige Druckfeder einem Zuflußkanal 12 für Sauerstoff oder ein anderes 46, welche sich gegen die Platte 39 und eine Federinhalierbares Gas versehen ist. Dieses Gas wird aus stellplatte 47 abstützt. Die Federstellplatte 47 hat einer entsprechenden Versorgungsvorrichtung 13 ge- ίο einen nach innen gerichteten Randflansch 48, welcher liefert, welche einen gleichmäßigen Versorgungsdruck in eine Bohrung 49 der Kappe 41 eingeschraubt ist. des Gases aufrechterhält. Die Vorrichtung 13 ist vor- Eine Außenplatte 50 ist in die Kappe 41 eingesetzt zugsweise eine Druckreduziervorrichtung, welche und wird durch eine Schraube 51 in ihrer Stellung einen festgelegten Auslaßdruck für eine Vorratsquelle gehalten, wobei die Schraube in die Federstellplatte mit wesentlich höherem und sich änderndem Druck 15 47 eingeschraubt ist und so als Sperrschraube für aufrechterhält. Diese Reduziervorrichtung ist zweck- diese Platte dient. Die Außenplatte 50 und die Federmäßigerweise als Zweistufenvorrichtung ausgebildet stellplatte 47 haben Öffnungen 52.
und kann mit Eingangsdrücken arbeiten, welche Um das Ventilgehäuse 11 mit einer Atemmaske zwischen 140 und 3,5 kg/cm² liegen; bei einer mit od. dgl. zu verbinden, kann eine zweckentsprechende Vorteil angewandten Ausführungsform wird ein gleich- 20 Anordnung vorgesehen sein. Bei der hier gezeigten mäßiger Auslaßdruck von 2,7 kg/cm² aufrechterhalten. Ausführungsform ist an der Auslaßkammerseite eine

Das Gas strömt vom Zuflußkanal 12 in eine Zu- röhrenförmige Schlauchverbindung 53 bekannter Art,

flußkammer 14 und von dort durch eine Öffnung 15 beispielsweise durch einen Flansch 54 und Schrauben

in eine Leitung 16, welche durch den Ventilsitz 17 55, an dem Gehäuse 11 angebracht,

führt. Der Ventilsitz 17 ist vorteilhafterweise als 25 ß_ei Benutzung des Ventils wird Sauerstoff durch

schmalkantiger Kegelsitz ausgebildet und bildet einen den Zuflußkanal 12, die Öffnung 15 und die Leitung

gemeinsamen Teil mit dem Ventilsitzkörper 18, 16 zugeführt. Die Auslaßkammer 33 steht unter einem

welcher in das Ventilgehäuse eingeschraubt ist. festgelegten Druck, der bei einem erfindungsgemäßen

Das Ventilverschlußstück 19 ist als Kolben aus- Ausführungsbeispiel einem Druck von 406 mm gebildet, welcher in einer Bohrung 20 des Gehäuses 3° Wassersäule entspricht. Dieser auf die Membran 40 11 mit Spiel gleitet. Das Verschlußstück 19 weist eine wirkende Druck ist ausreichend, um den Druck der zylindrische Seitenwand 21 auf, deren zum Ventilsitz Feder 46 zu überwinden und das Ventilverschlußhin sich erstreckender Wandteil 22 eine zweckmäßiger- stück 19 in seine geschlossene Stellung zu bringen, weise nach innen abgeschrägte Endkante 23 hat. Der falls kein Sauerstoff abgesogen wird. Die Spannung Wandteil 22 bildet mit der Kolbenbodenwand 26 eine 35 der Feder 46 wird durch Drehen der Federstellplatte Druckkammer 24, welche sich um den Ventilsitz 17 47 eingestellt, so daß bei einem in der Auslaßkammer in der Bohrung 20 erstreckt. Eine Abdichtscheibe 25 33 herrschenden und festgelegten Druck nur ein geaus einem zweckmäßigen und elastischen Material ist ringer Unterschied zwischen dem Gasdruck und dem an der Oberfläche der quer verlaufenden Kolben- Federdruck an den gegenüberliegenden Flächen der bodenwand 26, beispielsweise durch Einpressen des 4° Membran 40 herrscht. Der bei einem Ausführungs-Randes der Dichtscheibe in entsprechende Vertiefun- beispiel so erhaltene Druckunterschied entspricht dem gen 27 im Wandteil 22 angebracht. Ein Wandteil 28 Druck von 25 mm Wassersäule. Dieser Druck muß erstreckt sich von der Kolbenbodenwand 26 in Rieh- ausreichend sein, um die Dichtscheibe 25 fest gegen tung Auslaß fluchtend mit dem Wandteil 22. Diese den Sitz 17 zu pressen. Wenn der Druck in der Aus-Seitenwand 21 hat gegenüber der konzentrisch liegen- 45 laßkammer 33 etwas absinkt, was bei Beginn eines den Wand der Bohrung 20 einen geringen Abstand. Gasabflusses durch die Verbindung 53 der Fall ist

Das eine Ende einer Ventilstange 30 ist in einen und normalerweise beim Beginn der Inhalation einmittig gelegenen Vorsprung 31 der Kolbenbodenwand tritt, wird durch die Feder 46 das Verschlußstück 26 eingepaßt und gleitend in einem Querstück 32 vor- vom Sitz wegbewegt. Dadurch kann Gas von der gesehen, welches in entsprechender Weise in der 50 Leitung 16 in die Druckkammer 24 und von dort Auslaßkammer 33 befestigt ist. Die Auslaßkammer 33 zwischen Gehäusebohrungswand und Verschlußstück bildet eine Verlängerung der Bohrung 20 und ist 19 in die Auslaßkammer 33 strömen. Der Spielraum zweckmäßigerweise genauso zylindrisch geformt. Das 56 zwischen dem Ventilverschlußstück 19 und der verschlußstückabgewandte Ende der Stange 30 steht Wand der Bohrung 20 ist genau eingestellt, um eine mit einer Stellvorrichtung im Eingriff. Ein koaxialer 55 Kapillarströmung und nicht eine solche Strömung zu Stöpsel 34, der in das geschlitzte Einspannende 35 erhalten, welche die Eigenschaften aufweist, wie sie eines Winkelhebels 36 eingeschraubt ist, liegt mit ein durch eine große Öffnung strömendes Strömungsseinem abgerundeten Ende beweglich gegen das mittel zeigt. Die notwendigen Maßnahmen, um unter Außenende der Stange 30 an. Der Winkelhebel ist an diesen Bedingungen eine Kapillarströmung zu ereinem Drehzapfen 37 im Gehäuse 11 drehbar gelagert 60 halten, sind Fachleuten bekannt. Bei einem erfindungs- und mit einem Arm 38 mit einer Platte 39 verbunden, gemäßen Ausführungsbeispiel hat das Ventilverschlußweiche an einer Membran 40 festgespannt ist. Die stück 19 einen Durchmesser von 19 mm, während der Membran 40 ist mit ihrem Rand zwischen dem Ge- Spielraum, d. h. der Abstand zwischen der Wand der häuse 11 und einer Gehäusekappe 41 eingespannt. Bohrung und der Wand des Ventilverschlußstückes, Das Gehäuse 11 ist längs der benachbarten Fläche 65 in radialer Richtung V10 mm beträgt. Derartige Abder Membran 40 vertieft ausgeführt, um eine Druck- messungen ergeben einen Durchfluß mit den notwenregulierkammer 42 zu schaffen, welche mit der Aus- digen Eigenschaften, sofern das Ventil auf einen laßkammer 33 über eine Öffnung 43 in Verbindung Eingangsdruck von 2,8 kg/cm² und eine sich

ändernde Durchflußleistung von 5 bis 100 l/min eingestellt ist.

Mit einem derart eingestellten Ventil ist der Druck in der Auslaßkammer 33 bei geringem Durchfluß annähernd der gleiche wie in der Druckkammer 24. Wenn der Durchfluß bei zunehmendem Absaugen aus der Auslaßkammer 33 zunimmt, so wird die entsprechende Zunahme des Strömungswiderstandes durch die verhältnismäßig enge Stelle des Spielraumes 56 einen geringen Druckabfall in der Auslaßkammer 33 hervorrufen. Wenn ein Druckunterschied zwischen Druckkammer 24 und Auslaßkammer 33 auftritt, so wirkt jedoch der höhere Druck in der Druckkammer 24 auf das kolbenartige Ventilverschlußstück 19 und drückt es vom Sitz weg. Dadurch wird eine größere Ventilöffnung und entsprechend ein geringerer Strömungswiderstand hervorgerufen, so daß sich der Druck in der Auslaßkammer 33 auf den gewünschten Auslaßdruck steigert. Diese automatische Einstellung des Ventilverschlußstückes 19 findet in Übereinstimmung mit der Gasabzugsgeschwindigkeit aus der Auslaßkammer 33 statt und hält so einen gleichmäßigen Druck in dieser Kammer aufrecht.

Durch den Druckunterschied zwischen Druck- und Auslaßkammer wird noch ein anderer Faktor ausgeglichen. Wenn sich das Ventilverschlußstück 19 vom Sitz wegbewegt, nimmt der Federdruck der Feder 46 in dem Maße ab, wie sich die Feder ausdehnt. Durch den Druckunterschied wird nun eine Kraft auf das Verschlußstück ausgeübt, die den Druckabfall des Federdruckes ausgleicht.

Wenn die Gasabzugsgeschwindigkeit in der Auslaßkammer 33 abnimmt, was in den letzten Momenten einer einzelnen Inhalation der Fall ist, ist die Arbeitsweise des Ventils umgekehrt. Der ansteigende Druck in der Auslaßkammer 33 bewirkt über die Membran 40 ein Andrücken des Ventilverschlußstückes 19 gegen den Ventilsitz 17. Dadurch wird das Zuströmen von Sauerstoff bis zum nächsten Absaugen von Gas unterbunden.

Es wurde gefunden, daß ein derartiges Ventil sehr wirksam arbeitet. Bei einem genauen Durchmesser des Ventilverschlußstückes 19 und genau festgelegtem Spielraum 56 ist die Geschwindigkeit des Druckanstieges in der Druckkammer 24 im wesentlichen linear mit ansteigendem Durchfluß und nicht quadratisch. Darüber hinaus wird der Durchfluß nicht durch einen Wechsel in der Höhe beeinträchtigt. Weiterhin wird dadurch, daß zwischen der Druckkammer 24 und der Auslaßkammer 33 nur ein verhältnismäßig geringer Druckunterschied aufrechterhalten werden muß, ein Flattern oder Tuckern des Verschlußstückes vermieden. Darüber hinaus muß der maximale Durchflußwert auf einen Wert begrenzt werden, der nicht wesentlich größer als der Wert ist, für welchen das Ventil bestimmt ist. Wäre eine derartige Begrenzung nicht vorhanden, so würde das Ventil in eine weit geöffnete Stellung gepreßt werden, so daß es nicht mehr in der beschriebenen Weise arbeiten würde. Aus diesem Grunde ist die Öffnung 15 vorgesehen, welche so bemessen ist, daß durch sie nur ein Durchfluß, der bis zu 25% größer als der eingestellte Wert ist, noch möglich ist.

Es muß noch bemerkt werden, daß bei der bekannten Anordnung der Membran und Feder seitlich von dem Ventilverschlußstück eine gedrängte, aber wirksame Vorrichtung geschaffen wird, da die Breite der Membran und Feder mit der Länge der Ventilverschlußeinrichtung selbst in einer Flucht angeordnet ist. Dadurch kann eine Membran von angemessenem Durchmesser und eine Feder von zweckmäßiger Größe verwendet werden. Weiterhin wird dadurch die Herstellung eines einfachen Gehäuses mit einer Kappe 41 erleichtert, welche die Membran in ihrer Stellung einspannt und genügend Platz läßt, um die beweglichen Teile einzustellen, zu ersetzen oder zu reparieren.

Obwohl nur ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in seinen Einzelheiten beschrieben worden ist, ist die Erfindung verständlicherweise nicht auf dieses begrenzt. So können die verschiedensten Abwandlungen hinsichtlich der Ausführung und Anordnung der Teile getroffen werden, ohne daß man das Wesen der vorliegenden Erfindung verläßt.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gasdruckregelventil mit einem Gehäuse, welches der Gasstrom über eine Auslaßkammer verläßt und in welchem in einer Bohrung ein axial bewegbares Ventilverschlußstück angeordnet ist, das gegen einen am Gehäuse angeordneten Sitz durch den Druck in der Auslaßkammer bewegt wird, der auf eine druckempfindliche Membran gegen die einstellbare Kraft einer Stellfedervorrichtung wirkt, wobei zwischen Sitz und Verschlußstück eine Druckkammer und zwischen Verschlußstück und Gehäusebohrungswand ein verengter Durchflußkanal von gleichbleibender Länge vorgesehen ist, der letztere als Spielraum des Ventilverschlußstückes in der Gehäusebohrung, dadurch gekennzeichnet, daß der Spielraum (56) zwischen dem Ventilverschlußstück (19), welches während seiner Bewegungen in der Gehäusebohrung (20) zum Ventilsitz (17) hin und zurück durch an sich bekannte Mittel (30, 32) genau geführt wird, und der Gehäusebohrung (20) so bemessen ist, daß sich die Durchflußgeschwindigkeit im wesentlichen linear mit den Druckänderungen in der Auslaßkammer (33) ändert und über den ganzen Durchflußgeschwindigkeitsbereich laminar bleibt.

2. Gasdruckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (24) eine Abmessung und Ausbildung hat, durch die die Durchflußturbulenz stromab von Sitz (17) und Verschlußstück (19) verschwindet.

3. Gasdruckregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer (24) und der Auslaßkammer (33) eine Kraft auf das Verschlußstück (19) ausgeübt wird, durch die der bei der Ausdehnung auftretende Kraftverlust der Stellfeder (46) ausgeglichen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 690 610;
USA.-Patentschriften Nr. 2 611 388, 1 934 832,
893 254, 1 798 377.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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