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Zwei-Stufen-Reduzierventil mit voneinander unabhängig wirkenden Stufen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zwei-Stufen-Reduzierventil für gasförmige Medien
mit voneinander unabhängig wirkenden Stufen, bestehend aus einem Hochdruckaggregat
mit einer Hochdruckmembran, die durch einen mit ihr fest verbundenen Stößel ein
vorzugsweise in einem Gasflaschenhals angeordnetes Ventilverschlußstück beeinflußt,
und aus einem Niederdruckaggregat mit einem von einer Niederdruckmembran gesteuerten
Ventilverschlußstück, das in einem vom Hochdruckaggregat ausgehenden Gaskanal liegt,
wobei die Niederdruckmembran unter dem hinter dem Verschlußstück des Niederdruckaggregats
herrschenden Druck steht und der Stößel des Hochdruckaggregats mit einer mittels
eines Bedienungsgriffes zu betätigenden Ausschaltstange verbunden ist, so daß der
Stößel bei einer bestimmten Stellung des Bedienungsgriffes und damit der Ausschaltstange
unabhängig von der Hochdruckmembran zwangläufig in einer der Schließstellung des
Hochdruckventilverschlußstückes entsprechenden Stellung gehalten wird, während er
bei einer anderen Stellung des Bedienungsgriffes von der Hochdruckmembran bewegt
werden kann.
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Bei derartigen bekannten Reduzierventilen ist es nicht möglich, Hochdruck-
und Niederdruckventil mittels eines einzigen Handgriffes zu schließen. Vielmehr
wird stets nur das Hochdruckventil zwangläufig geschlossen, während das Niederdruckventil
von außen nicht geschlossen werden kann. Dieses ist normalerweise bei dichtem Hochdruckventil
auch nicht von Bedeutung, da das Schließen des Brennerventils eines üblicherweise
an das Reduzierventil angeschlossenen Gasbrenners zunächst das Schließen des Niederdruckventils
und dann das Schließen des Hochdruckventils schon vor der Bewegung der Ausschaltstange
in die Schließstellung bewirkt. Ist das Hochdruckventil aber, was häufig vorkommt,
kurzzeitig unmittelbar nach seinem Schließen undicht, so strömt während einiger
Minuten nach Schließung Gas durch ein Niederdrucksicherheitsventil ab. Bei ständig
undichtem Hochdruckventil steigt der Druck in der Zwischendruckkammer so stark an,
daß das Niederdrucksicherheitsventil nicht ausreicht, um den Druck im Gasauslaß
genügend klein zu halten. Daher wird bei einem derartigen Reduzierventil auch das
Hochdruckaggregat mit einem Sicherheitsventil versehen, das dafür sorgt, daß der
Druck in der Zwischendruckkammer genügend niedrig gehalten wird. Bei ständig undichtem
Hochdruckventil strömt also Gas ständig durch beide Sicherheitsventile ab.
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Es sind auch Reduzierventile bekannt, bei denen das Niederdruckventilaggregat
mit der Hochdruckmembran, das Niederdruckventilverschlußstück dagegen mit der Niederdruckmembran
verbunden ist, so daß das Ausmaß der Ventilöffnung des Niederdruckventils von der
Stellung der Hochdruckmembran, d. h. direkt vom Zwischendruck, und auch von der
Stellung der Niederdruckmembran, d. h. also direkt vom Niederdruck, abhängig ist.
Bei diesen Reduzierventilen ist zwar ihrem Arbeitsprinzip gemäß die Ausschaltstange
so angeordnet, daß sie unvermeidlich beide Ventile schließt. Ein undichtes Hochdruckventil
hat aber auch bei ihnen - auch wenn sie mit Sicherheitsventilen versehen sind -
dieselben Wirkungen wie bei den Reduzierventilen der erstgenannten Art, da bei Steigen
des Druckes in der Zwischendruckkammer die Hochdruckmembran nach oben verschoben
und dadurch das Niederdruckventil von der feststehenden Ausschaltstange geöffnet
wird. Hinzu kommt, daß derartige Reduzierventile im Aufbau kompliziert und außerdem
sehr schwierig genau einzustellen sind.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Zwei-Stufen-Reduzierventil
der erstgenannten Art zu schaffen, bei dem Gasverluste bei undichtem Hochdruckventil
verhindert oder mindestens auf ein Minimum reduziert werden, ohne daß dadurch die
Konstruktion komplizierter wird. Dieses wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß auch das Niederdruckventilverschlußstück mit der Ausschaltstange
verbunden
ist, und zwar mittels eines federnd nachgiebigen Verbindungsstückes, durch das das
Niederdruckventilverschlußstück in der Schließstellung der Ausschaltstange unabhängig
von der Niederdruckmembran gegen seinen Ventilsitz gedrückt gehalten wird.
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Hierdurch wird nicht allein erreicht, daß beide Ventile durch die
Ausschaltstange in Schließstellung gebracht werden, sondern auch - was noch von
wesentlich größerer Bedeutung ist -, daß das Niederdruckventil als Sicherheitsventil
für die Zwischendruckkammer wirken kann, so daß ein besonderes Sicherheitsventil
für den Zwischendruck entfallen kann.
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Das Niederdruckventilverschlußstück wird durch das federnd nachgiebige
Verbindungsstück sicher gegen seinen eigenen Sitz gedrückt und schließt somit mit
Sicherheit den Gasabgang, selbst dann, wenn die Membran - was immer der Fall ist,
wenn kein Verbrauchsapparat an das Reduzierventil angeschlossen ist - das Niederdruckventilverschlußstück
zur Bewegung in die Öffnungsrichtung hin beeinflußt, ohne daß dabei die Gefahr einer
Beschädigung der Verbindung zwischen der Niederdruckmembran und dem Niederdruckventilverschlußstück
auftritt.
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In der Praxis wird das Federglied so dimensioniert, daß es erst nachgeben
kann, wenn in der Zwischendruckkammer ein dem Flaschendruck entsprechender Druck
herrscht; d. h., wird das Hochdruckventil undicht, so kann der Druck in der Zwischendruckkammer
bis zum Flaschendruck steigen, und das durchgesickerte Gas wird in der Zwischendruckkammer
vom Niederdruckventilverschlußstück zurückgehalten. Erhöht sich der Flaschendruck,
z. B. wegen hoher Außentemperatur, so wird das Niederdruckventilverschlußstück gegen
den Federdruck des Verbindungsstückes öffnen. Wegen der Federwirkung öffnet das
Niederdruckventilverschlußstück aber nur sehr wenig, so daß die Gasgeschwindigkeit
durch das Niederdruckventil niedrig gehalten wird. Dieses hat wiederum zur Folge,
daß das:Niederdrucksicherheitsventil den Druck im Gasauslaß genügend niedrig zu
halten vermag.
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Das geschlossene Reduzierventil gemäß der Erfindung ist bei undichtem
Hochdruckventil bei normalem Druck in der Gasflasche also immer dicht. Erst bei
ungewöhnlich hohen Flascheninnendrücken, und zwar nur dann, wenn gleichzeitig auch
das Hochdruckventil undicht ist, kann Gas ausströmen. Jedoch besteht auch in diesem
Fall keine Gefahr, daß der Gasschlauch losgerissen wird.
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Wird bei dem erfindungsgemäßen Zwei-Stufen-Reduzierventil die Ausschaltstange
in der Schließstellung des Bedienungsgriffes zwangläufig in ihrer Schließstellung
gehalten und ist in der offenen Stellung des Bedienungsgriffes aber frei, wenn auch
begrenzt, im Verhältnis zum Bedienungsgriff verschiebbar und mit dem Stößel des
Hochdruckaggregats begrenzt verschiebbar verbunden, so wird vorzugsweise gemäß der
Erfindung die Ausschaltstange durch die Niederdruckmembran geführt, mit dieser aber
fest verbunden, und das Verbindungsstück aus einem den Membransteuerkräften gegenüber
steifen, gegenüber etwas größeren Einwirkungen jedoch nachgiebigen Federglied hergestellt.
Bei einer solchen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reduzierventils, bei welcher
der Gaskanal, in dem das Niederdruckventilverschlußstück verschiebbar gelagert ist,
durch eine in Höhe des Niederdruckventilverschlußstückes sich befindendeDurchlaßöffnung
in der Kanalwand mit dem Raum unter der Niederdruckmembran verbunden ist, ist das
Federglied erfindungsgemäß vorzugsweise eine winklig abgebogene Federstange, deren
beide Enden mit der Ausschaltstange bzw. dem Niederdruckventilverschlußstück verbunden
sind und welche mit einem Auge oder einer Windung an der Oberseite der Durchlaßöffnung
schwingbar gelagert ist.
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Einzelheiten des erfindungsgemäß ausgebildeten Zwei-Stufen-Reduzierventils
sind im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung, die einen senkrechten Längsschnitt
durch das Reduzierventil nach der Erfindung darstellt, beschrieben.
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In der Zeichnung ist 10 ein Stutzen, der mit dem untersten Teil 12
in die Öffnung einer Gasflasche eingesetzt ist. Eine Ausbohrung 14, ein exzentrisch
angebrachter Kanal 16 und eine Ausbohrung 18 bilden den Gasdurchgang. Eine Querausbohrung
20 ist durch einen Querkanal 22 mit dem Kanal 16 verbunden und nimmt ein Sicherheitsventil
24 auf.
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Die Ausbohrung 18 ist an ihrem obersten Ende mit einem eingeschraubten
Ventilstöpsel 26 geschlossen, der einen Mittelkanal 28, dessen Einmündung
in der Ausbohrung 18 von einem Ventilsitz 30 umgeben ist, aufweist. Mit diesem zusammen
arbeitet ein Hochdruckventilverschlußstück 32 mit einer Dichtungsscheibe 34. Das
Verschlußstück 32 hat einen herabragenden Zapfen 36, dessen unterstes Ende in einem
Führungsloch 38 im Boden der Ausbohrung 18 verschiebbar ist. Der Zapfen 36 ist von
einer Feder 40
umgeben, die das Ventilverschlußstück 32 in Schließstellung
drückt. Von der Oberseite des Ventilverschlußstückes 32 geht ein aufwärts ragender
Stößel 42 aus, der sich durch den Mittelkanal 28 nach oben erstreckt und ein kurzes
Stück unter dessen oberster Ausmündung endet.
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Am Stutzen 10 ist abnehmbar ein Ventilgehäuse 44
mit
seinem runden Mantel 46 mit Hilfe einer Anzahl Kugeln 48, eines Schieberinges 50,
einer Feder 52 und einer rundlaufenden Rille 54 angebracht. Ein Dichtungsring 56
sichert die erforderliche Dichtung zwischen dem Stutzen 10 und dem Ventilgehäuse
44.
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Das Ventilgehäuse 44 weist eine von einer Wand 57 umgebene Zwischenkammer
58 aus, welche nach unten hin durch eine mit Durchströmungsöffnungen versehene Schutzplatte
60 und nach oben durch eine Hochdruckmembran 62 abgeschlossen ist, die mit ihrem
Rand zwischen einem Federgehäuse 64, welches eine Membranfeder 66 aufnimmt, die
zwischen dem Gehäuse 64 und einem Membranteller 68 eingesetzt ist, und der Wand
57 festgeklemmt ist.
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Durch die Membran 62 ist ein Übertragungsstößel 70 mediendicht
geführt; von dessen Stützring 72 ein Stößelteil 74 abwärts ragt, der in üblicher
Weise in der Funktionsstellung des Reduzierventils am Stößel 42 anliegt.
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Von der Zwischendruckkammer 58 geht ein in der Wand 57 angeordneter
Abgangskanal 76 aus, der in einem Gaskanal 78 mit etwas größerem Durchmesser
ausmündet. Die Wand dieses Kanals geht in einen Schlauchstutzen 80 über. An seiner
Ausmündung in den Kanal 78 ist der Kanal 76 von einem Ventilsitz 82 umgeben. Mit
diesem arbeitet ein in der Längsrichtung des Kanals 78 verschiebbares Verschlußstück
84 zusammen, das eine zum Anliegen an den Ventilsitz 82 bestimmte Dichtungsscheibe
86 aufweist.
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über dem Verschlußstück 84 ist in der Wand des Kanals 78 eine Öffnung
87, welche in eine innerhalb
der Außenwand 88 des Ventilgehäuses
44 gelegenen Niederdruckkammer 90 ausmündet. Diese ist im übrigen nach unten
hin durch die Wand 57 und die Hochdruckmembran 62 und nach oben hin durch eine Niederdruckmembran
92 abgeschlossen. Diese ist mit ihrem Rand zwischen der obersten Kante der Wand
88 und einem Federgehäuse 94, welches den obersten Abschluß des Ventilgehäuses 44
bildet, festgeklemmt. Im Federgehäuse 94 ist eine Niederdruckmembranfeder 96 angebracht,
welche zwischen dem Federgehäuse 94 und einem Membranteller 98 eingespannt ist.
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Durch die Membran 92, die in der Mitte eine Verdickung 100 aufweist,
ist verschiebbar eine Ausschaltstange 102 geführt. An dieser ist unmittelbar unter
der Verdickung 100 dicht schließend ein Teller 104 festgemacht, welcher
unter normalen Umständen mit Hilfe einer Sicherheitsfeder 105, die, die Ausschaltstange
1.02 umgebend, zwischen dem Membranteller 98 und einem an die Ausschaltstange 1.02
über der Membran 92 befestigten Federteller 106 eingespannt ist, dicht an die Membranverdickung
100 gedrückt gehalten wird. Hierdurch ist ein übliches Sicherheitsventil
gebildet.
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Unter dem Teller 104 ist in der Ausschaltstange 102 ein Loch 108,
in welches das eine Ende eines als winklig abgebogene Federstange ausgebildeten
Verbindungsstückes 110 ragt, dessen anderes Ende durch die Öffnung 87 hinunter und
in ein Querloch 112 im Niederdruckventilverschlußstück 84 reicht. Die Federstange
weist ein Auge oder eine Windung 114 auf, die in einer Rille 116 oberhalb der Durchlaßöffnung
87 gelagert ist. Dieses Auge dient als Drehglied für die Federstange, die somit
wie ein zweiarmiger Winkelhebel für die Bewegung des Ventilverschlußstückes 84 in
Abhängigkeit von den Bewegungen der Membran 92 wirkt. Wenn erforderlich, kann das
Auge 114 an seiner sich von der Ausschaltstange 102 abwendenden Seite von einem
Bock 118 gestützt werden, der das Auge gegen eine Verschiebung bei einer Drehung
der Federstange in Uhrzeigerrichtung sichert. Bei einer der Uhrzeigerrichtung entgegengesetzten
Drehung der Federstange 110 ist die Gefahr für eine Verschiebung sehr gering, weswegen
eine Sicherung hiergegen nicht erforderlich erscheint. Es könnte natürlich auch
das Auge 114 auf einem Zapfen oder einer Achse zur Sicherung einer genauen Fixierung
geführt werden.
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Die Federstange ist aus Draht oder einem anderen Material von solcher
Steifheit hergestellt, daß sie erst solchen Einwirkungen nachgibt, die die von der
Membran 92 mit dazugehöriger Membranfeder 96 ausgeübten Steuerkräfte auf das Verschlußstück
84 übersteigen.
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Die Ausschaltstange 102 ist an ihrem obersten Ende mit einem
in der Längsrichtung der Stange länglichen Loch 120 versehen, durch welches ein
Zapfen 122 geführt ist. Dieser ist auf einem Bedienungshandgriff 124 exzentrisch
befestigt, welcher um 180' schwingbar mit einem Kopfstück 126 auf dem obersten
Ende des Federgehäuse 94 angeordnet ist. Das Loch 120 ist so in der Ausschaltstange
102 angebracht, daß der Zapfen 122, wenn der Handgriff 124 die in der Zeichnung
gezeigte Stellung einnimmt, die der Funktionsstellung des Reduzierventils entspricht,
in Abstand von beiden Enden des Loches 120 liegt und die Ausschaltstange sich somit
frei innerhalb der von der Erstreckung des Loches bestimmten Begrenzung im Verhältnis
zum Zapfen 122 bewegen kann. Dieser kann somit nicht hindernd auf die Steuerbewegungen
der Niederdruckmembran 92, an denen die Ausschaltstange 102 teilnimmt, wirken. Wird
demgegenüber der Handgriff um etwa 180' von der gezeigten Stellung entgegen
der Uhrzeigerrichtung gedreht, so wird der Zapfen 122 in Eingriff mit der obersten
Begrenzung des Loches 120 kommen und somit zwangläufig die Ausschaltstange 102 nach
oben verschieben. Hierdurch wird die Federstange erst in Uhrzeigerrichtung geschwenkt,
bis das Ventilverschlußstück 84 an dem Ventilsitz 82 anliegt, und wird danach infolge
ihrer Nachgiebigkeit wie eine Drahtfeder wirken, die gespannt wird, so daß das Ventilverschlußstück
84 nachgebend auf den Sitz 82 mit einer verhältnismäßig großen Kraft gedrückt wird,
die vollständige Dichtigkeit sicherstellt, so daß kein Gas aus der Zwischendruckkammer
58 strömen kann.
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Das unterste Ende der Ausschaltstange 102 ragt herunter in eine Ausbohrung
128 in dem obersten Ende des Übertragungsstößels 70. Ein Zapfen
130, der im Stößel 70 befestigt ist und sich quer über die Ausbohrung 128
streckt, ist durch ein in der Ausschaltstange 102 befindliches und in der Längsrichtung
der Stange längliches Loch 132 geführt. Dieses ist so in der Ausschaltstange ausgeführt,
daß der Zapfen 130 in der gezeigten Funktionsstellung des Reduzierventils im Abstand
von beiden Enden des Loches liegt, so daß die Ausschaltstange 102 nicht auf die
Steuerwirkung des Übertragungsstößels 70 und damit auch nicht auf die der Hochdruckmembran
62 für das Hochdruckventilverschlußstück 32 einwirken kann.
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Wird der Handgriff 124 jedoch in die obengenannte Schließstellung
gebracht, wird die Ausschaltstange 102 nach oben verschoben, wobei das unterste
Ende des Loches 132 in Eingriff mit dem Zapfen 130 kommt. Dies bewirkt, daß der
Übertragungsstößel 70 zwangsmäßig nach oben verschoben und sein unterstes Teil 74
hierbei von dem obersten Ende des Stößels 42 weg bewegt wird. Das Ventilverschlußstück
32 wird daher bei der erwähnten Stellung des Handgriffes 124 durch die Feder 40
nach oben in Schließstellung gezwungen.
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In der Schließstellung des Handgriffes 124 werden somit sowohl das
Hochdruckventil 30, 32 als auch das Niederdruckventil 82, 84 zwangläufig durch nur
eine Ausschaltstange oder ein entsprechendes Organ geschlossen gehalten.
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Das Ventil wirkt im übrigen auf folgende Weise. Die Hochdruckmembran
62 wird teils von dem in der Zwischendruckkammer 58 herrschenden Mitteldruck, teils
von dem in der Niederdruckkammer herrschenden Niederdruck, der in etwa dem Druck
im Gaskanal 78 entspricht, beeinflußt, so daß durch die Hochdruckmembran
62 daher bei ihrer Zusammenarbeit mit dem Hochdruckventilverschlußstück 32 ein Aufrechterhalten
eines Zwischendruckes mit einem etwa konstanten Überdruck über dem Druck im Kanal
78 bewirkt wird.
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Die Niederdruckmembran 92 ist teils von dem Atmosphärendruck, teils
von dem Druck in der Niederdruckkammer 90 beeinfiußt, der, wie erwähnt, im großen
gesehen dem Druck im Kanal 78 entspricht. Der Druck in der Niederdruckkammer
ist jedoch etwas niedriger als der statische Druck im Kanal 78, welches auf die
Venturiwirkung zurückzuführen ist, die als Resultat des Vorbeiströmens des Gases
an der Öffnung 87 längs dem Ventilverschlußstüek 84 entsteht. Es hat sich gezeigt,
daß man hiermit eine solche Druckbeeinflussung der Niederdruckmembran 92 erhält,
daß diese, ohne einen allzu großen Durchmesser haben zu müssen, in Zusammenarbeit
mit dem Niederdruckventil
82, 84 imstande ist, einen sehr konstanten
Niederdruck im Kanal 78 unabhängig vom Gasverbrauch aufrechtzuerhalten. Daß
der Niederdruck mit einem vorausbestimmten Wert konstant gehalten werden kann, ist
von sehr großer Bedeutung, wenn die mit dem Reduzierventil verbundenen Verbrauchsapparate
mit einem größtmöglichen Wirkungsgrad arbeiten können sollen.
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Die Erfindung ist nicht an die gezeigte Ausführungsform, die im Rahmen
der Erfindung in vielen verschiedenen Formen geändert werden kann, gebunden. Es
ist so z. B. nicht erforderlich, daß das Verbindungsstück zwischen der Ausschaltstange
und dem Niederdruckventilverschlußstück 84 nachgiebig ist. So kann diese Verbindung
unnachgiebig sein, wenn zur Sicherung gegen Überbelastung ein Federmechanismus zwischen
dem Handgriff 124 und der Ausschaltstange 102 eingeschoben wird, so daß diese nachgiebig
zur Schließstellung geführt wird. Es ist auch nicht erforderlich, wenn auch am zweckmäßigsten,
daß das Niederdruckventilverschlußstück in der Strömungsrichtung des Gases gesehen
nach seinem Ventilsitz angebracht wird. Fernerhin soll bemerkt werden, daß auch
nichts dem im Wege steht, daß das Hochdruckventil 30, 32 in das Ventilgehäuse 44
selbst eingebaut werden kann, in welchem Falle der Zapfen 36 und der Stößelteil
74 gewöhnlicherweise fest miteinander verbunden sein werden. Weiterhin kann erwähnt
werden, daß, selbst wenn in der gezeigten Ausführungsform die zwei Membranen 62
und 92 mit entsprechenden Kammern 58 und 90 übereinander, fast konzentrisch, angebracht
sind, nichts dem im Wege steht, daß sie exzentrisch im Verhältnis zueinander, eventuell
ganz nebeneinander, angebracht werden können.