DE2921561C2

DE2921561C2 - Beatmungsventil

Info

Publication number: DE2921561C2
Application number: DE19792921561
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ing.(grad.) 3500 Kassel Fischer; Peter 3501 Nieste Pick
Original assignee: Regel + Meßtechnik GmbH Regler- und Anlagenbau für Gas-Druckregelung, 3500 Kassel
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1987-02-26
Also published as: FR2458105B3; FR2458105A1; DE2921561A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Beatmen von Membranräumen, welche im Betriebsfalle atmosphärische Luft enthalten, insbesondere in Sicherheits-Absperrventilen, Gas-Druckregelgeräten od. dgl.
Es ist eine Vielzahl von Geräten und Einrichtungen bekannt, bei welchen Membransysteme zum Erfassen von Druckwerten benutzt werden. Bei Gas-Druckregel- oder anderen Kontrollvorgängen wird beispielsweise der Istdruck auf die eine Seite der Membran geleitet und die so gegebene Istkraft mit einer durch eine Sollwertfeder vorgegebenen Sollkraft verglichen. In Abhängigkeit vom jeweiligen Soll-Ist- Vergleich erfolgen Bewegungen des Membransystems, durch welche die Geräte dann die erforderlichen Regel- oder Schaltfunktionen auszuführen vermögen.
Derartige Membransysteme stehen also einerseits unter Systemdruck; andererseits sind sie mit der Atmosphäre verbunden. Bei Gas-Druckregelgeräten nach DIN 3380 und Sicherheitseinrichtungen nach DIN 3381 ist vorgeschrieben, bei Störfällen, etwa durch Schäden an der Meßmembran, einen Gasaustritt von mehr als 30 l/h (bezogen auf Luft im Normalzustand) in den Aufstellungsraum zu verhindern. Sofern dies nicht durch Absperreinrichtungen erreicht werden kann, ist ein Anschlußstutzen für eine Beatmungsleitung von mindestens DN 15 vorzusehen. Besonders bei Kleingeräten wird der Anschluß einer solchen Beatmungsleitung nur ungern vorgenommen, weil ihr Verlegen einen wesentlichen Kostenfaktor darstellt.
Auf das Beatmen des Raumes über der Meßmembran kann jedoch nicht verzichtet werden. Bei einem hermetischen Abschluß bewirkten nämlich Bewegungen des Membransystems oder auch Temperaturschwankungen eine Änderung des Druckes im Raum über der Meßmembran. Dies aber käme einer Sollwertänderung gleich.
Um nun aber bei Kleingeräten das Verlegen von Beatmungsleitungen zu vermeiden, trotzdem aber im Schadensfall ein Überschreiten der Grenzbedingungen (Abströmen von mehr als 30 l/h in den Aufstellungsraum) zu verhindern, sind bereits folgende Lösungen bekannt bzw. vorgeschlagen worden:
Der Einbau wie überhaupt die Anwendung einer Festdrossel in den Beatmungsanschluß stellt zwar eine relativ einfache Lösung dar. Für die Bemessung des Drosseldurchmessers muß jedoch nach den geltenden Normvorschriften berücksichtigt werden, daß jeder denkbare Störungsfall abgesichert ist. Als ungünstigste Störung wird dabei angenommen, daß der höchstzulässige Eingangsdruck vor der Festdrossel ansteht. Bei einem Gerät mit einem zulässigen Eingangsdruck von 0,5 bar darf die Drossel nur noch einen Durchmesser von ca. 0,2 mm haben. Abgesehen davon, daß ein derart kleiner Drossel-Durchmesser bereits fertigungstechnische Probleme mit sich bringt, werden dadurch auch die Stellbewegungen des Membransystems stark gedämpft. Es ist deshalb einleuchtend, daß sich die Benutzung einer Festdrossel in der Mehrzahl aller Fälle verbietet.
Neben dem Einbau von Festdrosseln lassen sich des weiteren auch Beatmungsventile verwenden, wie die einschlägige Literatur, so u. a. DE-AS 12 33 794, DE-GM 77 02 557 und DE-GM 77 21 084, ausweist.
Bei diesen insoweit schon vorgeschlagenen Lösungen wird im Beatmungsanschluß eine Einrichtung installiert, welche mit einem Verschlußorgan versehen ist. Dessen Wirkungsweise beruht auf dem Schwebekörper-Prinzip: Solange der Gasaustritt infolge Stellbewegung oder Membraneffekt unter dem vorgegebenen Grenzwert liegt, ist das Atmungsventil geöffnet. Wird der Grenzwert erreicht, bewegt sich das Verschlußorgan gegen den Ventilsitz und verschließt die Atmungsbohrung.
Allein schon wegen der Tatsache, daß die zu berücksichtigenden einschlägigen Normen ein Ansprechen schon bei sehr kleinen Grenzwerten vorschreiben, haben die insoweit vorgeschlagenen Einrichtungen den Nachteil, die Beatmungsöffnung unter Umständen schon bei normalen Stellbewegungen vollständig zu verschließen. Weitere Stellbewegungen führen dann zwangsläufig zur Erhöhung des Druckes im Raum über der Meßmembran und damit zu einer negativen Beeinflussung der Regelgenauigkeit.
Bei der nach DE-AS 12 33 794 vorgeschlagenen Einrichtung wurde diesem Nachteil bereits dadurch begegnet, daß auch nach Ansprechen des Ventils noch eine Bypaß-Bohrung geöffnet bleibt, was jedoch wiederum die schon weiter oben beschriebenen Nachteile bezüglich des zulässigen Eingangsdruckes zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, ein Ventil zum Beatmen gaserfüllter Membranräume, insbesondere in Sicherheits-Absperrventilen, Gas-Druckregelanlagen od. dgl., zu schaffen. Mit einem derartigen Beatmungsventil lassen sich zum einen die geltenden Normvorschriften einhalten und zum anderen aber auch die den bekannten Lösungsvorschlägen anhaftenden Nachteile vermeiden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Beatmungsventil im wesentlichen aus einem von einer Membran betätigten Stellglied und einer Drossel besteht, wobei im Ruhezustand über diese und das mit ihr in Reihe geschaltete Stellglied eine offene Verbindung zur Atmosphäre gegeben ist, und im Beatmungsfall durch den vom Gasaustritt in der Drossel erzeugten und auf die Meßmembran einwirkenden Differenzdruck Δ p das Öffnen des Stellgliedes und damit zugleich die Menge des in die Atmosphäre abströmenden, im Störungsfalle ggf. brennbaren und/oder toxischen Gases, derart geregelt wird, daß unabhängig von den bei extremen Stellbewegungen in den zu beatmenden Membranräumen auftretenden Druckwerten, mindestens jedoch bis zu einem Druck von 0,2 bar, ein vorbestimmter Grenzwert konstant gehalten wird.
Der weiteren Ausbildung der vorgeschlagenen Erfindung dienende Merkmale lassen sich den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie auch den Zeichnungen entnehmen.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher. Diese sollen im folgenden anhand eines Vergleiches hervorgehoben werden:
Bei Hubbewegungen eines Gas-Druckregelgerätes od. dgl., welche einen über dem vorgeschriebenen Grenzwert liegenden Luftaustritt bedingen, schließen die bekannten bzw. schon vorgeschlagenen Ventile den Antriebsraum hermetisch ab. Eine Beatmung ist hierbei nicht mehr gegeben. Bei weitergehenden Hubbewegungen kommt es daher in diesem Raum zu einem Druckanstieg, welcher zu einer unerwünschten Erhöhung des Ausgangsdruckes führt.
Unter Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung hingegen wird bei dynamischen Vorgängen zwar auch die austretende Luftmenge auf 30 l/h begrenzt. Da aber nach Erreichen dieses Wertes keine Schließ- sondern eine Regelfunktion einsetzt, ist gewährleistet, daß sich ein eventueller Druckaufbau wieder ausgleichen kann. Der verlangte Istwert erfährt keinerlei bleibende Änderung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht gegenüber Ventilen, welche nach dem Schwebekörper-Prinzip arbeiten, auch darin, daß Beatmungsventile der vorgeschlagenen Art in beliebiger Einbaulage verwendet werden können.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Gas-Druckregelgerät mit je einem in den zu belüftenden Meßmembranräumen des Regelgerätes und des Sicherheits-Absperrventils angeordneten Beatmungsventil,
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Funktionsverhalten von Beatmungsventilen,
Fig. 3 ein Beatmungsventil nach Fig. 1, jedoch im vergrößerten Maßstab, und schließlich
Fig. 4 ein weiteres Beatmungsventil nach Fig. 1 in ebenfalls vergrößertem Maßstab.
In Fig. 1 ist ein Gas-Druckregelgerät 1 mit einem Sicherheits-Absperrventil 1 b baulich vereinigt. Dabei ist sowohl der zu belüftende Raum 1 c oberhalb der Meßmembran 1 d des Gerätes 1 als auch der zu belüftende Raum 1 e über der Meßmembran 1 f des Kontrollgerätes 1 a des Sicherheitsabsperrventils 1 b mit je einem Beatmungsventil 2 versehen.
In Fig. 2 ist das Funktionsverhalten von Beatmungsventilen dargestellt. Die obere Kennlinie 2&min; gilt dabei für das Beatmungsventil 2 der vorliegenden Erfindung; die Kennlinie "x" charakterisiert das Verhalten an sich bekannter Beatmungsventile.
Aufbau und Wirkungsweise des Beatmungsventils 2 sind nun im folgenden unter Zugrundelegung von Fig. 3 näher erläutert:
Im Ruhezustand ist der zu beatmende Membranraum über die Anschlußbohrung 2 a, die Festdrossel 3 , das durch die Feder 4 geöffnete Stellglied 5 und die Bohrung 2 b mit der Atmosphäre verbunden. Hierdurch ist die erforderliche Be- und Entlüftung gewährleistet.
Mit dem beim Durchströmen der Drossel 3 erzeugten Differenzdruck wird die Membran 6 beaufschlagt. Bei Erreichen des vorgeschriebenen Grenzdurchflusses wird durch den Differenzdruck die Membran 6 und damit auch die Ventildichtung 7 gegen die Feder 4 zur Ventildüse 2 c bewegt. Der so eingeleitete Regelvorgang läßt über das Stellglied 5 nur die Gasmenge abströmen, welche an der Drossel 3 den zur Aufrechterhaltung der Regelung erforderlichen Differenzdruck erzeugt. Verringert sich der Gasaustritt, geht auch der Differenzdruck zurück und das Stellglied 5 wird durch die Feder 4 wieder vollständig geöffnet.
Die Fig. 3 zeigt ferner, daß beim Stellglied 5 eine nicht druckausgeglichene Konstruktion gewählt wurde. Damit wird folgender, durchaus erwünschter Nebeneffekt erzielt:
Der Überdruck in dem zu beatmenden Raum erzeugt am Stellglied 5 eine zusätzliche Schließkraft, welche bei höheren Druckwerten den vollständigen Abschluß des Ventiles bewirkt. Stellt sich in der Membrankammer 1 c bzw. 1 e ein Druck ein, der nicht mehr von dynamischen Stellbewegungen des Regel- oder Kontrollgerätes hervorgerufen wird, sondern Folge eines Membrandefektes, z. B. eines Bruches, ist, wird das Stellglied 5 vollständig und bleibend geschlossen.
Zur Vereinfachung und Verbilligung der Konstruktion ist auch eine Variante entsprechend Fig. 4 denkbar. Bei dieser ist die Membran 6 so ausgebildet, daß durch ihre Eigenspannung das Stellglied 5 im Ruhezustand vollständig geöffnet ist. Die nach Fig. 3 erforderliche Feder 4 ist entbehrlich, weil sie durch die Rückstellkräfte der Membran 6 ersetzt wird. Zudem ist die Ventildichtung 7 unmittelbar an die Membran 6 anvulkanisiert, so daß auch die Aufnahme-Elemente 8 entbehrlich sind.
Eine weitere Vereinfachung ist ferner auch dadurch gegeben, daß die Drossel 3, welche den für den Regelvorgang erforderlichen Differenzdruck erzeugt, nicht mehr im Ventilgehäuse 9 angeordnet zu sein braucht, sondern in der Membran 6 selbst. Dabei ist es zweckmäßig, die Drossel 3 in der Randzone der Membran 6 einzubauen, weil hierdurch die geringstmögliche Beeinflussung der Membraneigenschaften gewährleistet ist.

Claims

1. Ventil zum Beatmen von Membranräumen, welche im Betriebsfall atmosphärische Luft enthalten, insbesondere in Sicherheits-Absperrventilen, Gas-Druckregelgeräten od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Beatmungsventil (2) im wesentlichen aus einem von einer Membran (6) betätigten Stellglied (5) und einer Drossel (3) besteht, wobei im Ruhezustand über diese und das mit ihr in Reihe geschaltete Stellglied (5) eine offene Verbindung zur Atmosphäre gegeben ist, und im Beatmungsfall durch den vom Gasaustritt in der Drossel (3) erzeugten und auf die Meßmembran (6) einwirkenden Differenzdruck [Δ p] das Öffnen des Stellgliedes (5) und damit zugleich die Menge des in die Atmosphäre abströmenden, im Störungsfalle ggf. brennbaren und/oder toxischen Gases, derart geregelt wird, daß unabhängig von den bei extremen Stellbewegungen in den zu beatmenden Membranräumen (1 c, 1 d) auftretenden Druckwerten mindestens jedoch bis zu einem Druck von 0,2 bar, ein vorbestimmter Grenzwert konstant gehalten wird.

2. Beatmungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (5) ein druckausgleichloses Ventil ist, dessen nicht-druckausgeglichene Kraftkomponente dem vollständigen Schließen des Stellgliedes (5) bei einem Druck in der Größenordnung von etwa 0,5 bar dient.

3. Beatmungsventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran (6) innewohnende Eigenspannung das Stellglied (5) im Ruhezustand vollständig öffnet.

4. Beatmungsventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Membran (6) mit unmittelbar an ihr befestigter, etwa anvulkanisierter, Ventildichtung (7 ).

5. Beatmungsventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Erzeugen des Differenzdruckes dienende Drossel (3) in der Randzone der Membran (6) angeordnet ist.