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Zweistufiges membrangesteuertes Reduzierventil für gasförmige Medien
Die Erfindung befaßt sich mit einem zweistufigen membrangesteuerten Reduzierventil
für gasförmige Medien, dessen zum Niederdruckaggregat gehörendes Verschlußstück
in Strömungsrichtung hinter dem dazugehörenden Ventilsitz angeordnet ist, der in
einem vom Hochdruckaggregat ausgehenden Gaskanal liegt, wobei die das Verschlußstück
des Niederdruckaggregates steuernde Membran von dem Gasdruck hinter dem Ventilsitz
beaufschlagt wird und das Verschlußstück in Längsrichtung des Gaskanales verschiebbar
angebracht ist.
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Bei Reduzierventilen wird mehr oder weniger der Venturieffekt ausgenutzt,
d. h. die Druckänderung des Gases infolge einer Querschnittsänderung des vom Gase
durchströmten Raumes, um das z. B. in einer Gasflasche unter hohem Druck stehende
Gas auf den erforderlichen geringeren Gasdruck auf der Verbraucherseite herabzusetzen.
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Der Venturieffekt wird z. B. bei einer einfachen Ausführung eines
Reduzierventils durch ein im Gasdurchströmungskanal eingesetztes Venturirohr erzielt,
wodurch jedoch nur eine nicht zufriedenstellende Wirkung ermöglicht wird, wobei
der Druck auf der Verbraucherseite großen Schwankungen in Abhängigkeit vom Flascheninnendruck
und von der Gasentnahme unterworfen ist.
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Die Aufgabe, trotzdem einen verhältnismäßig konstanten Druck auf der
Verbraucherseite aufrechtzuerhalten, konnte bisher nur mit solchen ein- oder mehrstufigen
Reduzierventilen gelöst werden, bei denen der Venturieffekt im Hochdruckaggregat
und ein, Membraneffekt im Niederdruckaggregat erzeugt werden. Dies erfordert jedoch
sehr große Dimensionen der Reduzierventile und vor allem Membranen mit sehr großen
Druckflächen und sehr genauen Membranfedern.
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Ein derartiges Reduzierventil ist beispielsweise ein bei Haushaltsanlagen
häufig verwendetes Ventil, das für eine maximale Entnahme von 11/z kg Butan pro
Stunde ausgelegt ist und einen größten Durchmesser von 11 cm und eine Höhe von ebenfalls
11 cm aufweist. 'Protz der großen Dimensionen treten jedoch bei diesem Ventil immer
noch verhältnismäßig hohe Schwankungen des Gasdruckes auf der Verbraueherseite auf.
Die auf der Verbraucherseite zur Verfü-gung stehende Kapazität ist ebenfalls
gering.
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Bei einer bekannten Ausführungsform eines Dampfreduzierventils ist
der Membrandruckraum vom Durchströrnungskanal. abgetrennt und mit diesem nur durch
einen einzigen Kanal verbunden. Da hierbei der Dampfstrom direkt durch die Ventilsitzöffnung
gegen den Verbindungskanal geleitet wird, ist der Dampfdruck im Membranraum nicht
geringer als im Durchströmungskanal. Mit einem derartigen Ventil läßt sich. also
keinesfalls ein konstanter Gasdruck auf der Verbraucherseite erzielen.
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Weiterhin sind Gasreduzierventile bekanntgeworden, bei denen der Membrangasraum
ebenfalls vom Durchströmungskanal getrennt ist, mit diesem jedoch an mindestens
zwei Stellen verbunden ist. Bei diesem Ventil wird in erheblichem Umfang vom Venturieffekt
Gebrauch gemacht. Der Zweck dieser Konstruktion ist es, Schwankungen des Ventilverschlußstückes
zu verhindern, die bei solchen Ventilen, insbesondere wenn der Flascheninnendruck
groß ist und die Ventildimensionen und damit auch die Membrandimensionen klein gehalten
werden, sehr kräftig sein können und damit die Verwendung des Ventils in der Praxis
unmöglich machen.
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Selbst wenn diese Ventilverschlußstückschwankungen beseitigt werden
können, bleibt @ bei diesem Ventil immer noch der Nachteil bestehen, daß bei großer
Gasentnahme und dementsprechend großem Venturieffekt der Druck auf der Verbraucherseite
steigt, also von der Gasentnahme in hohem Maße abhängig ist. Durch eine Zirkulation
des Gases wird bei diesem Ventil der Venturieffekt zwar etwas herabgesetzt, der
Effekt als solcher wird aber stets dem Quadrat der Gasgeschwindigkeit proportional
sein, so, daß diese Abschwächung des Venturieffektes nicht
die Abhängigkeit
des Regulierungseffektes von der Gasgeschwindigkeit beseitigt.
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Bei einem bekannten Gasdruckminderer ist in dem den Gasdruekraum des
Hochdruckaggregates mit dem Gasdruckraum des Niederdruckaggregates verbindenden
kurzen Gaskanal ein Verschlußstück eingesetzt, das je naeh._seiner Stellung die
Menge des in den Niederdruckraum ausströmenden Gases regelt. Eine vollständige.
'Herabsetzung der Druckschwankungen kann jedoch nicht erreicht werden.
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Es wurde nun erkannt; daß trotz der von der Fachwelt gehegten Bedenken,
eine Venturisteuerung im Niederdruckaggregät anzubringen, ein Ventil mit guten Eigenschaften
erhalten wird, wenn man den Venturieffekt dämpft, d. h. die bei Ausströmen eines
Gases in einen Raum anderen Querschnitts auftretende plötzliche Drckänderung abschwächt,
wodurch ein konstanter-' Druck auf der Verbraucherseite erzielt wird.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Gasdruckraum
für die Membran des Niederdruckaggregates in bei Druckminderem an sich bekannter
Weise von dem Gaskanal abgetrennt ist, jedoch mit diesem nur durch einen im wesentlichen
senkrecht an der Stelle des Versehlußstückes vom Gaskanal abzweigenden Verbindungskanal
verbunden ist und das Niederdruckaggregatverschlußstück den Querschnitt des Gaskanals
weitgehend ausfüllt.
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Vorteilhafterweise ist das zwischen der Membran des Niederdruckaggregates
und dem Niederdruckaggregatverschlußstück vorhandene Betätigungsteil durch den Verbindungskanal
geführt.
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Zweckmäßigerweise-verlaufen dabei die Gaskanäle geradlinig und aufeinanderfolgend.
Zur Erreichung einer erhöhten Konstanz des Gasdruckes auf der Verbraucherseite ist
der Abstand zwischen dem Niederdruckaggregatverschlußstück und der Wand des Gaskanals
auf der Seite des Verbindungskanals kleiner als auf der der Einmündung dieses Verbindungskanals
gegenüberliegenden Seite.
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Das so geschaffene Reduzierventil ist verhältnismäßig billig, weist
kleine Abmessungen auf und gestattet, den Druck auf der Verbraucherseite unabhängig
vom Innendruck der Flasche und unabhängig von der entnommenen Gasmenge auf eine
bestimmte Höhe einzuregulieren, auf der der Verbraucherdruck nur sehr geringen Schwankungen
unterworfen ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung im Längsschnitt dargestellt.
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Im Innern eines Gasflaschenhalses 10 ist ein an sich bekanntes Ausströmventil
angeordnet, das unter anderem einen Ventilsitz 12, einen Ventilteller 14 und eine
Rückstellfeder 16 aufweist, wobei die Rückstellkraft der Feder 16 das Ventil zu
schließen versucht, d. h. den Ventilteller I4 gegen den Ventilsitz 12 zu drücken
versucht. Gleichzeitig wird hierdurch eine auf der der Rückstellfeder 16 gegenüberliegenden
Seite des Ventiltellers 14 angeordnete und mittels einer Feder 19 gegen den Ventilteller
14 gedrückte Ventilspindel 18 in Richtung der Austrittsöffnung des Flaschenhalses
10 verschoben.
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Ein zur Aufnahme eines Zweistufenreduzierventils dienendes Gehäuse
20 ist mit seinem rohrförmigen Ansatz 22 über die Öffnung des Flaschenhalses 10
geschoben und wird in dieser Stellung mittels Kugeln 24 festgehalten, die in Öffnungen
26 im Ansatz 22 gelagert sind und mittels eines durch Federn 32 in Flaschenrichtung
gedrückten und außerhalb des Ansatzes 22 verschiebbar gelagerten Gleitstückes 30
in eine am Umfang des Gasflaschenhalses 10 ausgeformte Rille 28 eingedrückt werden.
Die luftdichte Verbindung zwischen dem Reduzierventilgehäuse 20 und dem Gasflaschenhals
10 wird durch eine am äußeren Umfang der Austrittsöffnung des Flaschenhalses 10
angeordnete Dichtung 33 gewährleistet.
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An die Austrittsöffnung des Gasflaschenhalses 10 grenzt ein Gasraum
35 an, der in der der Austrittsöffnung der Gasflasche 10 abgewandten Wand 34 mindestens
eine Öffnung 36 aufweist, durch welche Gas vom Raum 35 in einen Gasdruckraum 38
eintreten kann. Der Gasdruckraum 38 wird hierbei von einem Teil des Gehäuses 20
und der mittels des Klemmstückes 42 eingeklemmten Membran 40 gebildet. Eine im Bereich
der Austrittsöffnung des Gasflaschenhalses 10 mit ihrem einen Ende auf der Ventilspindel
18
aufliegende Spindel 44 erstreckt sich unter anderem durch die Wand 34,
die Membran 40 und den angeformten Zentriereinsatz 56 des Klemmstücks 42 aus dem
Ventilgehäuse 20 heraus, wobei die Spindel 44 mittels einer mit ihr fest verbundenen
kleinen Scheibe 46 an der dem Gasdruckraum 38 zugekehrten Seite der Membran 40 anliegt.
Auf der dem Gasdruckraum 38 abgewandten Seite der Membran 40 liegt eine größere
Scheibe 48 an dieser an, die mittels einer sich mit ihrem einen Ende an dieser Scheibe
48 und mit ihrem anderen Ende an dem Klemmstück 42 abstützenden Membranfeder 50
gegen die Membran 40 gedrückt wird. Eine im Innern des Klemmstückes 42 konzentrisch
um die Spindel 44 angeordnete Sicherheitsventilfeder 52 stützt sich mit ihrem einen
Ende an der Scheibe 48 ab und mit ihrem anderen Ende an einer Scheibe 54, die gegen
Verschieben in Richtung des Zentriereinsatzes 56 des Klemmstückes 42 gesichert ist,
so daß die Scheibe 48 auch hierdurch gegen die Membran 40 gedrückt wird.
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In einer bestimmten Stellung eines an sich bekannten, außerhalb des
Gehäuses 20 angeordneten und mit der Spindel 44 im Eingriff stehenden, von Hand
betätigbaren Hebels 58 wird die Spindel 44 von der Ventilspindel 18 so weit
abgehoben, daß die Rüekstellfeder 16 das Ventil 12, 14 schließen kann und somit
kein Gas aus der Gasflasche austritt. Bei Umlegen des Hebels 58 in eine andere vorgegebene
Stellung könnte sich die Spindel 44 nach oben und unten etwas frei bewegen, sie
wird jedoch von den Federkräften der Membranfeder 50 und der Sicherheitsfeder 52
gegen die Ventilspindel 18 gedrückt, wobei die Größe der Verschiebung der Spindel
18 und damit des sich ebenfalls öffnenden Ventils 12, 14 von dem nach Öffnung des
Ventils 12, 14 im Gasdruckraum 38 herrschenden Gasdruck abhängt.
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Mit einer derartigen Anordnung wird ein nahezu konstanter Gasdruck
im Gasraum 35 erreicht. Vom Gasraum 35 gelangt das Gas durch einen im Gehäuse 20
ausgeformten, geradlinigen Kanal 60, und durch einen durchbohrten Ventilsitz
62 in einen ebenfalls geradlinig und in der Verlängerung des Kanals 60 liegenden
Gaskanal 64 mit größerem Querschnitt, der an seinem einen Ende einen am Gehäuse
20 angeformten Schlauchstutzen 66 aufweist.
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Im Gaskanal 64 ist ein Verschlußstück 68 verschiebbar angeordnet,
das mit seiner Dichtung 70 am Ventilsitz 62 anliegen kann.
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Der Gaskanal 64 ist durch einen Verbindungskanal 108, 72 mit einem
an einer Seite durch die Membran
76 abgeschlossenen Gasdruckraum
74 verbunden, wobei die Membran 76 an ihrer Umfangsfläche mittels eines Membranringes
78 gasdicht eingeklemmt ist.
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In Richtung der Mittelachse der Membran 76 ist eine kleine Spindel
80 angeordnet, auf deren in den Gasdruckraurn 74 ragenden Teil eine fest
mit der Spindel 80 verbundene Scheibe 84 aufgesteckt ist, die an der dem Gasdruckraum
74 zugekehrten Seite der Membran 76 anliegt. Auf der dem Gasdruckraum 74 abgewandten
Seite der Membran 76 liegt eine Membranscheibe 86 auf, an der sich das eine Ende
einer Membranfeder 90 abstützt, deren anderes Ende gegen eine mittels eines am Membranring
78 befestigten Haltearms 92 in unveränderlicher Stellung gehaltene Federscheibe
88 drückt. .
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In einer weiteren, hier nicht dargestellten Aüsfüh= rungsform stützt
sich die Membranfeder 90 mit ihrem einen Ende am entsprechend ausgebildeten Gehäuse
20 direkt ab.
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Eine zusätzliche, sich mit ihrem einen Ende auf der Membranscheibe
86 abstützende Ventilfeder 96, deren anderes Ende sich an einer gegen-- Verschieben
in Richtung zur Federscheibe 88 gesicherten Federscheibe 94 abstützt, läßt die Membranscheibe
86 in an sich üblicher Weise als Sicherheitsventil wirken.
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Im Gasdruckraum 74 ist auf einem an einer Deckplatte 106 befestigten
Zapfen 104 ein Betätigungsteil 100, 98 drehbar gelagert, das mit seinem langen Hebelarm
98 im Eingriff mit dem in den Gasdruckraum 74 ragenden Teil der Spindel
80 steht und mit dem sich durch den Verbindungskanal 72 und einer
in der Druckplatte 106 vorhandenen Bohrung 108 erstreckenden kurzen Arm
100 in eine Bohrung 102 des Verschlußstückes 68 greift. Vom Gaskanal
64 kann nur durch die Bohrung 106 Gas in den Gasdruckraum 74 austreten. Wesensgleiche
Hebelanordnungen zwischen Membran und Verschlußstück sind an sich bekannt.
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Normalerweise wird die von der Membranfeder 90 ausgeübte Kraft versuchen,
den Arm 98 des Betätigungsteiles so zu schwenken, daß das Verschlußstück 68 mittels
des in das Verschlußstück eingreifenden Armes 100 vom Ventilsitz 62 weg und in Richtung
des Schlauchstutzens 66 verschoben wird.
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Umgekehrt hierzu wird der im Gasdruckraum 74 herrschende Gasdruck
versuchen, die Membran 76 und damit die mit der Membran fest verbundene Spindel
80 in die entgegengesetzte Richtung zu drücken, so daß das Betätigungsteil
um seinen Zapfen 104 in die entgegengesetzte Richtung geschwenkt und damit
das Verschlußstück 68 gegen den Ventilsitz 62 gedrückt wird.
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Die Durchbiegung der Membran 76 infolge des im Gasdruckraum 74 herrschenden
Gasdruckes und die entgegengesetzt hierzu gerichtete Durchbiegung der Membran 76
infolge der Federkraft der Membranfeder 90 gleichen einander so aus, daß
das Verschlußstück 68 stets in einer Stellung verharrt, in der unabhängig vom Eingangsdruck
vor dem Ventilsitz 62 im Gaskanal 64 ein konstanter Gasdruck vorhanden ist.
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Es hat sich gezeigt, daß infolge der beim Vorbeiströmen des Gases
an dem Verbindungskanal 72, 108 auftretenden Venturiwirkung der Gasdruck im Gasdruckraum
74 im allgemeinen geringer sein wird als der statische Druck des Gases, und zwar
ist das Zus2mmenwirken des Niederdruckaggregates mit dem Hochdruckaggregat derart,
daß im Gaskanal 64 ein konstanter Verbraucherdruck aufrechterhalten werden kann,
unabhängig vom Gasdruck in der Gasflasche und von der Menge des Gasverbrauchs.
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Zweckmäßigerweise wird das Verschlußstück 68 in einer Länge ausgebildet,
die größer ist als der Durchmesser des Verbindungskanals 72, so daß der verbleibende
vom Gas durchströmte Raum zwischen dem Verschlußstück 68 und dem Verbindungskanal
72 gering ist.
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Durch entsprechende Änderung der Querschnittsform des Verschlußstückes
68 kann die bestmögliche Venturiwirkung erzielt werden. Es hat sich z. B. als vorteilhaft
erwiesen, das Verschlußstück 68 auf der Unterseite abzuplatten oder mit einer. Längsrille
zu versehen, so daß der größere Teil des Gases unterhalb des Verschlußstückes 68
vorbeiströmt und die Ventüriwirkung vermindert wird.
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Da infolge des Verbindungskanals 72, 108 im Gaskanal 64 ein
höherer Gasdruck herrscht als im Gasdruckraum 74, kann der Querschnitt der Bohrung
im Ventilsitz 62 wesentlich größer gemacht werden als bei den bereits bekannten
Reduzierventilen, wodurch eine im Verhältnis zu den Dimensionen des Reduzierventils
sehr große Kapazität ermöglicht wird. Im Gegensatz hierzu treten bei Verwendung
einer mit Standardventilen ausgerüsteten Haushaltsanlage infolge der zu geringen
Kapazität Schwierigkeiten auf, wenn z. B. ein weiterer Verbraucher angeschlossen
werden soll, ohne daß ein dem größeren Verbrauch angepaßtes Reduzierventil eingesetzt
wird. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, kann das Reduzierventil so ausgebildet
werden, daß es eine gegenüber den bisher bekannten Einstufenreduzierventilen geringere
Höhe aufweist. Des weiteren ist es, wie z. B. bei den bekannten Zweistufenreduzierventilen,
nicht mehr nötig, zur Erlangung einer zweckmäßigen Form das Niederdruckaggregat
über dem Hochdruckaggregat anzubringen.
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Die Erfindung ist an die gezeigte Ausführungsform nicht gebunden.
Obwohl sich z. B. die geradlinige Führung des Gaskanals 60 in konstruktiver und
wirkungsmäßiger Hinsicht als am zweckmäßigsten erwiesen hat, kann auch je nach den
Erfordernissen eine andere Art der Kanalführung gewählt werden. Auch kann der Gasdruckraum
des Niederdruckaggregates über dem Gasdruckraum des Hochdruckaggregates angeordnet
werden, indem man z. B. das Niederdruckaggregat koaxial um das Klemmstück 42 anordnet.