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Sicherheitsventil Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil für einen
unter Druck stehenden abgeschlossenen Raum mit einem die den Raum mit der umgebenden
Atmosphäre verbindende öffnung abschließenden Verschlußstück, auf dessen Rückseite
eine Regelkammer vorgesehen ist, die durch eine bewegliche, die eine Seite der Regelkammer
bildende Membran abgeschlossen ist, bei dem im Verschlußstück eine Durchlaßöffnung
als Verbindung zwischen dem Raum und der Regelkammer und eine durch ein Ventil gesteuerte
Auslaßöffnung als Verbindung zwischen der Regelkammer und der Atmosphäre vorgesehen
ist.
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Bei den verschiedensten Anwendungsgebieten, bei denen ein konstanter
Druck gegen die Außenatmosphäre in einer Kammer aufrechterhalten werden soll, insbesondere
bei Flugzeug-Druck- und -Klimaanlagen, ist ein Verdichter od. dgl. vorgesehen, der
der Kabine bzw. der Kammer ständig Druckluft zuführt. Der Druck in der Kammer wird
dabei nach einem vorbestimmten Druckplan von einem Druckregler aufrechterhalten,
der die Luftströmung durch ein Auslaßventil regelt, das in einer Verbindungsöffnung
zwischen der Kammer und der Atmosphäre angeordnet ist. Außer dem Druckregler und
dem Auslaßventil wird üblicherweise ein Sicherheitsventil vorgesehen, das die Regelung
des Druckes in der Kammer unter vorübergehenden Bedingungen, z. B. während des Steig-
und Landefluges, übernimmt. Dieses Sicherheitsventil vereinigt in seinem Aufbau
die Funktion eines in einer Richtung ansprechenden Überdruckventils zum automatischen
Abblasen der Kabinenluft in die Atmosphäre, wenn der Druckunterschied einen vorbestimmten
Sicherheitswert überschreitet; und eines in umgekehrter Richtung ansprechenden Unterdruckventils,
das automatisch den Ausgleich des Druckes in dem eingeschlossenen Raum mit dem atmosphärischen
Druck herbeiführt, wenn dieser größer wird als der Innendruck der Kammer, sowie
die Funktion eines Entlüftungsventils zum wahlweisen manuellen Ausgleichen des Druckes
der Kammer mit dem atmosphärischen Druck.
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Bisher wurde in der Regel das Sicherheitsventil als Entlüftungsventil
zum Ausgleichen des Druckes in der Kammer mit dem atmosphärischen Druck verwendet,
wobei das Sicherheitsventil manuell bzw. mechanisch voll geöffnet wurde, um den
Druck in der Kammer rasch auf die Höhe des atmosphärischen Druckes zu senken. Bei
einer derartigen Anordnung kann jedoch die plötzliche Druckänderung zu ernsthaften
Schäden von Personen in der Druckkammer führen. Es ist die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe, ein Sicherheitsventil zu schaffen, das manuell so geöffnet werden
kann, daß die Druckminderung bei der Anpassung des Druckes in der Kammer an den
Atmosphärendruck in einer vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgt, die so gewählt
werden kann, daß keine nachteilige Beeinflussung von Personen in der Druckkammer
erfolgt. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Regelkammer zusätzlich
mit der Atmosphäre über eine an sich bekannte, durch ein Absperrventil normalerweise
geschlossene Leitung verbunden ist, in der eine Drosselvorrichtung angeordnet ist,
um eine bestimmte Geschwindigkeit der Druckminderung in der Regelkammer einzustellen,
wenn das Absperrventil geöffnet ist. Vorzugsweise weist die Drosselvorrichtung ein
Rückschlagventil und ein federbelastetes, durch eine Membran betätigtes Drossel-
und Verschlußstück auf, wobei die Membran auf der federabgewandten Seite vom Druck
in der Regelkammer beaufschlagt wird. Das Drossel- und Verschlußstück kann eine
topfartige Form haben und seitlich mehrere C)ffnungen aufweisen.
Die
Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung
einer Druckkammer, die mit dem Sicherheitsventil gemäß der Erfindung ausgestattet
ist, F i g. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch das Sicherheitsventil
gemäß der Erfindung und F i g. 3 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch
die Drosselvorrichtung des Ventils gemäß F i g. 2.
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In F i g. 1 ist ein abgeschlossener Raum 10, z. B. eine Flugzeugkabine,
dargestellt, der ständig mit Druckluft von einem Verdichter 11 versorgt wird. Der
Luftdruck innerhalb der Kammer 10 wird nach einem vorbestimmten Druckplan von einem
Druckregler 12 aufrechterhalten, der ein Ventil 13 aufweist, das das
Ausströmen der Raumluft durch einen Auslaß 14 in einer Wand 15 der
Kammer 10 regelt.
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Ein Sicherheitsventil 16 ist an der Außenseite der Kammer
10 über einer Öffnung 17 angebracht.
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Das Sicherheitsventil 16 hat einen Sockel 20, auf dem ein Ring
22 auf mehreren Stützen oder Streben 23 mit nach innen vorspringenden Ansätzen
24 abgestützt ist. Ein Deckel 25 ist an dem Ring 22 befestigt, wobei eine
Membran 27 (F i g. 2) mit ihrem äußeren Rand zwischen den Ring 22 und dem Deckel
25 eingespannt ist: Die Membran 27 besteht aus einem äußeren ringförmigen
Betätigungsteil 28
und einem entlasteten inneren ringförmigen Teil
29,
wobei der äußere und der innere Teil durch einen Flansch 30 mit
Ringbund 31 getrennt werden, die an die Membran mittels der Niete 32 angeklemmt
sind. Eine Bewegung des Flansches 30 und des Bundes 31 mit dem Membranteil 28 nach
unten wird durch Anliegen des Bundes 31 auf den Ansätzen 24
der Streben
23 begrenzt. Der Membranteil 29 ist an seinem inneren Rand zwischen einem Ventilglied
33 und einem Klemmring 34 eingespannt. Mehrere Finger 34 b sind am Ring 34 befestigt
ünd erstrecken sich über den Ring 30; so däß sie bei Aufwärtsbewegung des
Ringes 30 das Verschlußstück 33 anheben.
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Das Verschlußstück 33 hat einen ringförmigen Teil 35, der einen Schneidensitz
35 a aufweist, der sich auf einen am Sockel 28 liegenden Ventilsitz
36 anlegen kann.
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Eine Öffnung 37 im- Sockel 20 liegt koaxial zur Öffnung
17 in der Wändung der Kammer 10.
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Ein Regelventil 40 liegt in einer Regelkammer 41,
die
von dem Deckel 25, der Membran 27 und dem Verschlußstück 33 gebildet wird.
Das Regelventil 40
weist ein Ventilglied 42 auf, das an den Mittelteilen
zweier Membranen 43 und 44 befestigt ist. Die Membranen
43 und 44 werden am äußeren Rand an einem sich nach innen erstreckenden
Stutzen 45 festgehalten und` bilden bewegliche Wände für mehrere Kammern
46, 47 und 48. Die Kammer 46 wird in die Umgebungsatmosphäre
über einen Durchlaß 50 und einen Filterstopfen 51 entlüftet. Die Kammer
47
steht mit der Regelkammer 41 über einen Durchlaß 52 in Verbindung,
während die Kammer 48 mit dem Inneren der Kammer 10 über einen Durchlaß
53 in einem Führungsschaft'54 in Verbindung steht, welcher im Inneren einer Führungshülse
55 gleitbar angeordnet ist. Die Führungshülse 55 ist in das Verschlußstück
33 eingeschraubt und mit einer Öffnung 56 versehen, so daß eine freie Verbindung
zwischen der Kammer 48 und dem eingeschlossenen Raum 10
besteht. Eine
Erweiterung 57 an dem äußeren Ende des Schaftes 54 bildet einen engen Durchlaß
in der Führungshülse 55, durch den Luft in die Kammer 41 aus dem eingeschlossenen
Raum 10 eingelassen wird.
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Das Ventilglied 42 ähnelt dem bei Autoreifen verwendeten und
besteht aus einem mit Gewinde versehenen Körper mit einem Durchlaß. Der Durchlaß
wird unterbrochen durch ein unter Federdruck stehendes, normalerweise geschlossenes,
kegelförmiges Ventilelement mit einem Betätigungschaft, der sich durch den Durchlaß
hindurch bis oberhalb des Körpers erstreckt.
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Das Ventilglied 42 regelt die Verbindung zwischen der Kammer
47 und der Kammer 46, wobei gleichzeitig eine Verbindung zwischen
der Kammer 41 und der Außenatmosphäre geschaffen wird. Das Ventilglied 42 wird normalerweise
durch eine Druckfeder 58 in der Kammer 46 nach unten gedrückt und
geschlossen gehalten, öffnet sich jedoch, wenn es nach oben in den Eingriff mit
einem Einstellglied 59 gedrückt wird, und läßt Luft aus der Kammer 41 in die Umgebungsatmosphäre
durch den Durchlaß 52, die Kammer 47; den Körper des Ventils 42, die
Kammer 46 und den Durchlaß 50 in vorbestimmter Menge ab.
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Solange der Unterschied zwischen dem Druck in dem eingeschlossenen
Raum 10 und dem atmosphärischen Druck einen festgesetzten Wert nicht überschreitet,
ist der Druck in der Kammer 41 der gleiche wie im eingeschlossenen Raum 10,
als Folge des beständigen Ablassens von Raumluft an der Erweiterung 57 vorbei in
die Kammer 41, und das Verschlußstück 33 wird geschlossen gehalten durch eine Druckfeder
60, die sich in der Kammer 41 befindet: Der Raumdruck herrscht also
in der Kammer 48 der Regelventilanordnung 40 vor, wobei der Druck der Regelkammer
41 gleich dem der Kammer 47 ist und atmosphärischer Druck in der Kammer
46 herrscht. Der Druckunterschied zwischen dem Druck des eingeschlossenen Raumes
10 und dem atmosphärischen Druck wird von der Membran 44 abgefühlt.
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Ist der Druckunterschied zwischen dem atmosphärischen Druck, der in
der Kammer 46 vorherrscht, und dem Raumdruck, der in den Kammern 47 und
48 auftritt, größer als der vorbestimmte, durch das Einstellglied 59 eingeregelte
Einstellungswert, so bewegt der auf die Membran 44 einwirkende Druckunterschied
die Membran gegen die Kraft der Feder 58 nach oben und bewirkt einen Kontakt
des Betätigungsschaftes des Ventilgliedes 42 mit dem Einstellglied 59. Dieser Vorgang
öffnet das Ventilglied 42 und läßt zu, daß Luft aus der Regelkammer
41
in' die Atmosphäre in einem größeren Ausmaß entweicht als Luft aus der
Druckkammer 10 in die Kammer 41 durch den Drosseldurchlaß an der Erweiterung
57 vorbei einströmen kann. Infolgedessen sinkt der Druck in der Kammer 41 ab, bis
der auf das Verschlußstück 33 ausgeübte Raumdruck ausreicht, um die Kräfte der Feder
60 und des Druckes in der Kammer 41 zu überwinden und das Verschlußstück 33 von
seinem Sitz 36 zu heben, wodurch Luft aus der Druckkammer 10 in die Atmosphäre
abgelassen wird.
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Wenn der Druckunterschied zwischen dem atmosphärischen Druck in der
Kammer 46 und dem Raumdruck in der Kammer 48 auf einen Wert absinkt, der
gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte, von dem Einstellglied 59 eingestellte
Sollwert,
so bewegt die Kraft der Feder 58 das Ventilglied 42 nach unten, so daß dessen
Betätigungsschaft mit dem Einstellglied 59 keinen Kontakt mehr hat und keine Luft
aus der Regelkammer 41 mehr in die Atmosphäre entweichen kann. Infolge des Einlassens
von Raumluft in die Kammer 41 durch den Drosseldurchlaß an der Erweiterung 57 steigt
der Druck in der Kammer 41 an, bis er den Druck der Druckkammer 10 erreicht.
Sind diese Drücke ausgeglichen, so bewegt die Feder 60 das Verschlußstück
33 nach unten, bis der Schneidensitz 35 a des Teiles 35 auf dem Sitz 36 aufsitzt
und das Entweichen von Luft aus der Druckkammer 10 in die Atmosphäre beendet.
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Sollte der atmosphärische Druck den Raumdruck und hiermit den Druck
in der Kammer 41 übersteigen, so bewirkt der Unterschied zwischen diesen
Drücken, daß die Membran 27 und der Ring 30 sich nach oben bewegen. Der Ring
30 berührt die Finger 34 b des Ringes 34, wodurch das Verschlußstück
33 geöffnet und atmosphärische Luft in die Kabine eingelassen wird. Der atmosphärische
Druck muß, um ein Öffnen des Ventils zu bewirken, sich um einen ausreichenden Wert
über den des Kabinendruckes vergrößern, so daß er die Kraft. der Feder
60 überwindet, die jedoch relativ schwach ist. Wenn der Raumdruck und hiermit
der Druck in der Kammer 41 sich mit dem atmosphärsichen Druck ausgleicht,
so bewegt die Feder 60 das Verschlußstück 33, die Finger 34 b und
den Ring 30 nach unten, bis er auf den Ansätzen 24 aufliegt und das
Verschlußstück 33 in die Schließstellung bringt.
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Um Luft aus der Druckkammer 10 in die Atmosphäre abzublasen und den
Raumdruck an den atmosphärischen Druck anzugleichen, kann die Kammer 41 über eine
Drosselvorrichtung 72 bis 88 und ein manuell zu betätigendes Absperrventil
71 in die Atmosphäre entlüftet werden.
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Ein Durchlaß 70 ist in das Gehäuse 72 der Drosselvorrichtung
eingeschraubt, das mit dem Deckel 25 verbunden ist. Der Außenrand einer Membran
74 ist zwischen dem Gehäuse 72 und dem Deckel 25 eingespannt. Wie aus den F i g.
2 und 3 zu ersehen ist, weist das Gehäuse 72 an einem Ende eine Bohrung 75 auf,
die am inneren Ende sich in eine Reihe konzentrischer, Ringschultern bildender Bohrungen
76 erweitert. Eine Drosselöffnung 77 stellt eine Verbindung zwischen
der Bohrung 75 und der kleinsten der Bohrungen 76 her.
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Ein Rückschlagventilhalter 78 liegt im inneren Ende der Bohrung 75
mit Preßsitz. Der Halter 78 umschließt eine Ventilkugel 80, die mit der Öffnung
77 zusammenwirkt. Das auf diese Weise von dem Halter 78, der Kugel 80 und der Öffnung
77 gebildete Rückschlagventil kann als Sekundärventil bezeichnet werden und läßt
nur eine Strömung aus der Kammer 41 nach außen zu.
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Der Deckel 25 ist mit einer Öffnung 81 versehen, deren
äußeres Ende bei 82 mit einem Durchmesser angesenkt ist, der etwa gleich der größten
der abgestuften Bohrungen 76 ist. Die Membran 74 erstreckt sich in den Raum hinein,
der von der Ansenkung 82 und der angrenzenden Bohrung 76 gebildet
wird. An dem Mittelteil der Membran 74 ist ein Drossel- und Verschlußstück 83 mittels
eines Halters 84 angebracht, welcher im Preßsitz um das Drossel- und Verschlußstück
83 sitzt. Das Drossel-und Verschlußstück 83 ist mit einem abgeschrägten äußeren
Ende versehen, das mit dem äußeren Ende der kleinsten der Bohrungen 76 zusammenwirken
kann, und wird von diesem äußeren Ende durch eine zwischen dem Gehäuse 72 und dem
Halter 84 liegende Druckfeder 85 abgedrückt. Eine zentrale Ausnehmung 86 weist eine
Öffnung 87 auf, die sich in der Mitte aus dem inneren Ende der Ausnehmung zur Außenfläche
des Drossel- und Verschlußstückes 83 erstreckt. Mehrere radiale Öffnungen 88 stellen
eine Verbindung zwischen der Ausnehmung 86 und der äußeren ringförmigen Fläche des
Drossel- und Verschlußstückes 83 her.
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Normalerweise ist das Absperrventil 71 geschlossen, und das
Drossel- und Verschlußstück 83 wird durch die Kraft der. Druckfeder 85 in der in
der F i g. 2 dargestellten Stellung gehalten. Wenn der Druck der Druckkammer 10
und der Umgebungsatmosphäre ausgeglichen werden soll, wird das Absperrventil
71 geöffnet. Ein Öffnen des Absperrventils 71 reduziert den Druck in der
Leitung 70, und die Kugel 80 wird von ihrem Sitz an der Öffnung 77 angehoben,
wobei der Druck im Bereich der abgestuften Bohrungen 76 gesenkt wird. Die Veränderung
des an der Membran 74 wirkenden Druckunterschiedes verstellt diese Membran zusammen
mit dem Drossel- und Verschlußstück 83 in die in der F i g. 3 dargestellte Stellung,
wobei das Drossel-und Verschlußstück 83 auf dem äußeren Ende der kleinsten der Bohrungen
76 aufsitzt. In diesem Fall erfolgt eine Strömung aus der Kammer 41 über die Öffnung
81 im Deckel 25, die Ausnehmung 86, die Öffnung 87, die Öffnung 77, die Bohrung
75 und die Leitung 70 zur Atmosphäre. Ist eine vorbestimmte Niederdruckdifferenz
infolge Druckverminderung in der Kammer 41 und an der Membran 74 erreicht, so bewegt
die Kraft der Feder 85 das Drossel- und Verschlußstück 83 nach unten in die
in der F i g. 2 dargestellte Stellung. Danach erfolgt eine Strömung aus der Kammer
41 über die Öffnung 81, die Ausnehmung 86, die radiale Öffnung 88
im Drossel- und Verschlußstück 83, die Öffnungen 77, die Bohrung 75 und die
Leitung 70 in die Atmosphäre.
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Wenn also das Absperrventil 71 geöffnet ist, bewirkt die Veränderung
des an der Membran 74 auftretenden Druckunterschiedes, daß das Drossel- und Verschlußstück
83 auf dem äußeren Ende der kleinsten der Bohrungen 76 aufsitzt, wobei der Grad
der Druckveränderung in der Regelkammer 41 in dem vorbestimmten Ausmaß durch die
Strömung durch die Öffnung 87 erzeugt wird. Wenn der Unterschied zwischen dem Druck
in der Kammer 41 und der Außenatmosphäre sich vermindert und die Strömung durch
die Öffnung 87 die Tendenz zeigt sich zu vermindern, so vermindert sich gleichfalls
der Druckunterschied an der Membran 74, wodurch das Drossel- und Verschlußstück
83 durch die Kraft der Feder 85 nach unten bewegt wird und eine zusätzliche Strömung
aus der Kammer 41 durch die Öffnungen 88 zur Aufrechterhaltung einer konstanten
Geschwindigkeit der Druckveränderung in der Kammer 41 zuläßt. Durch Aufrechterhalten
der vorbestimmten Druckänderungsgeschwindigkeit in der Kammer 41 wird die Öffnungsbewegung
des Verschlußstückes 33 gesteuert, wobei bewirkt wird, daß der Raumdruck um ein
vorbestimmtes Maß vermindert wird. Wenn der Druck in der Kammer 41 annähernd gleich
dem außenatmosphärischen Druck ist, steht das Drossel- und Verschlußstück 83 in
der
in F i g. 2 dargestellten Stellung, wobei dort eine unbehinderte
Verbindung zwischen der Kammer 41
und der Außenatmosphäre besteht.
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Mit dem manuellen Schließen des Absperrventils 71 endet das
Ausströmen aus der Kammer 41, wodurch sich der Druck in der Kammer 41 erhöht
und das Verschlußstück 33 in der zuvor beschriebenen Weise in die Schließstellung
gebracht wird.