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Dokumentenidentifikation DE10233680A1 05.02.2004
Titel Vakuumschutzventil
Anmelder Testo GmbH & Co, 79853 Lenzkirch, DE
Erfinder Behrends, Peter, 06766 Bobbau, DE
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 24.07.2002
DE-Aktenzeichen 10233680
Offenlegungstag 05.02.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.02.2004
IPC-Hauptklasse B43L 1/12
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätig öffnendes und schließendes Ventil (1) für Fluide, bei dem mittels eines axial durch den Fluiddruck verschiebbaren Kolbens (7) ein Verbindungskanal geöffnet oder geschlossen wird. Die Erfindung kann in der Kälte- und/oder Druckmitteltechnik eingesetzt werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet von mit Fluiden beaufschlagten Systemen, beispielsweise Systemen der Kältetechnik oder Druckerzeugungs- oder Verteilungssystemen verwendbar.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für ein Fluid zum Öffnen und Schließen eines Verbindungskanals zwischen einem ersten Volumen, in dem ein erster Druck herrscht und einem zweiten Volumen, in dem ein zweiter Druck herrscht.

Beim Umgang mit Fluiden, die in Behältern beziehungsweise Volumina angeordnet sind, werden Ventile zum Befüllen und Entleeren von Behältern sowie zum Verbinden oder Trennen von mittels Leitungen verbundenen Behältern oder Volumina verwendet. Aus der deutschen Patentschrift DE 19800854 ist beispielsweise eine Kontrollarmatur zum Messen, Kontrollieren und Auswerten physikalischer Parameter von im Kreislauf geführten gasförmigen und/oder flüssiggasförmigen Druckmedien und/oder Kältemitteln bekannt. Die Kontrollarmatur wird beispielsweise in ein System der Kältetechnik eingesetzt und dient zur Messung des Drucks eines im System befindlichen Fluids, beispielsweise Stickstoff, wobei aus dem herrschenden Druck mittels einer Recheneinrichtung eine Kondensations- beziehungsweise Verdampfungstemperatur des Fluids bestimmt wird.

Mittels einer derartigen Kontrollarmatur soll unter anderem auch die Messeinrichtung zur Messung des Drucks von dem fluidgefüllten System trennbar sein, um beispielsweise die Druckmesseinrichtung entfernen oder eichen zu können oder um die Druckmesseinrichtung vor einem zu hohen, in dem System auftretenden Fluiddruck schützen zu können.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Kontrollarmatur ist ausschließlich von Hand betätigbar, das heißt, Verbindungen zwischen verschiedenen Anschlüssen müssen durch einen Monteur manuell durch Betätigung der Ventile geöffnet oder geschlossen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bedienung entsprechender Ventile zu vereinfachen, die Wartung von mit einem derartigen Ventil ausgestatteten Systemen zu erleichtern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Ventil der eingangs genannten Art gelöst mit einem in einem Hohlzylinder geführten Kolben, dessen erstes Ende mit dem ersten Druck beaufschlagt ist und der in Abhängigkeit von dem ersten Druck gegen eine Gegenkraft in seiner Axialrichtung verschiebbar ist, wobei der Verbindungskanal von dem ersten Ende des Kolbens in die Wand des Hohlzylinders hinein verläuft und im Zuge einer Verschiebung des Kolbens aufgrund des ersten Drucks in eine erste Richtung verschließbar ist, um das erste volumen von dem zweiten Volumen zu trennen.

Das erfindungsgemäße Ventil weist einen Verbindungskanal auf, der in Abhängigkeit von dem in dem ersten Volumen herrschenden Druck selbsttätig offenbar beziehungsweise verschließbar ist. Das Ventil kann somit so eingesetzt werden, dass nur unter bestimmten Druckbedingungen das erste Volumen mit dem zweiten Volumen verbunden ist. In einem System kann das Ventil so eingesetzt werden, dass es die Verbindung zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen selbständig derart steuert, dass beispielsweise in dem zweiten Volumen angeordnete oder mit dem zweiten Volumen verbundene Geräte bei einem zu hohen in dem ersten Volumen herrschenden Druck von dem ersten Volumen abgekoppelt sind, so dass die Geräte nicht durch einen Überdruck beschädigt werden können.

Dies wird dadurch erreicht, dass durch einen hohen in dem ersten Volumen herrschenden und auf das erste Ende des Kolbens wirkenden Druck der Kolben in Axialrichtung gegen die Gegenkraft so weit verschoben wird, bis dass der Verbindungskanal zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen verschlossen ist.

Diese Eigenschaft des Ventils kann in einem System beispielsweise dadurch ausgenutzt werden, dass das erste Volumen permanent mit einem ersten Druckmessgerät verbunden ist, welches für die Messung höherer Drücke geeignet ist. Das erste Volumen kann zusätzlich über den Verbindungskanal mit einem zweiten Druckmessgerät verbunden sein, welches empfindlicher ist als das erste Druckmessgerät, jedoch vor zu hohen Drücken geschützt werden muss.

Bleibt der Druck im ersten Volumen unterhalb eines Schwellwertes, so zeigen beide Druckmessgeräte den gemessenen Druck im ersten Volumen an, da über den Verbindungskanal das erste Volumen mit dem zweiten Volumen verbunden ist und somit in dem zweiten Volumen derselbe Druck herrscht wie in dem ersten Volumen.

Übersteigt der Druckwert im ersten Volumen einen Schwellwert, so wird der Verbindungskanal durch die axiale Verschiebung des Kolbens geschlossen und das zweite Volumen von dem ersten Volumen getrennt. Das zweite Druckmessgerät wird weiterhin den im zweiten Volumen herrschenden Druck anzeigen, der dann jedoch nicht mehr notwendigerweise dem in dem ersten Volumen herrschenden Druck entspricht. Das erste Druckmessgerät wird weiterhin den im ersten Volumen herrschenden Druck korrekt messen und anzeigen.

Auf diese Weise lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Ventil eine Messung des Druckes im ersten Volumen mittels mehrerer Messgeräte gestaffelter Genauigkeit durchführen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben an seinem ersten Ende ein geschlossenes Deckelteil aufweist, dass bei geöffnetem Verbindungskanal dieser zwischen dem Deckelteil und einer diesem zugewandten Dichtfläche des Hohlzylinders hindurch verläuft, dass bei Verschiebung des Kolbens in die erste Richtung der Verbindungskanal durch Aufsetzen des Deckelteils auf der Dichtfläche des Hohlzylinders verschließbar ist.

Durch die beschriebene Konstruktion ist sichergestellt, dass durch einen bestimmten Mindestdruck in dem ersten Volumen der Verbindungskanal durch die Verschiebung des Kolbens geschlossen wird und dass bis zu einem erneuten Absinken des Drucks das Deckelteil gegen die Dichtfläche gedrückt und somit der Kanal geschlossen gehalten wird. Die Dichtfläche an dem Hohlzylinder ist jeweils umlaufend ausgebildet und erstreckt sich quer zur Axialrichtung, dem ersten Volumen zu- oder abgewandt.

Es ist auch eine umgekehrte Konstruktion des Ventils denkbar, bei der der Verbindungskanal erst oberhalb eines bestimmten in dem ersten Volumen herrschenden Drucks durch axiale Verschiebung des Kolbens geöffnet und bei Unterschreiten eines Schwelldruckwertes wieder geschlossen wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben an der Wand des Hohlzylinders mittels einer verschiebbaren Dichtung abgedichtet ist, die, von dem ersten Ende des Kolbens aus gesehen axial jenseits der Stelle liegt, an der der Verbindungskanal in die wand des Hohlzylinders eintritt.

Durch das Vorsehen einer verschiebbaren Dichtung wird außer einer effektiven Abdichtung gegen die Verschiebung des Kolbens in dem Hohlzylinder mittels Gleitreibung ein bestimmter Widerstand erzeugt. Dieser hat zur Folge, dass eine Verschiebung des Kolbens erst dann eintritt, wenn auf diesen eine bestimmte resultierende Mindestkraft wirkt. Diese Mindestkraft setzt sich als resultierende aller auf den Kolben wirkenden Kräfte, also der durch den ersten Druck wirkenden Kraft und der Gegenkraft zusammen. Eine erhöhte Reibung durch eine Elastomerdichtung hat zur Folge, dass eine Bewegung des Kolben erst dann stattfindet, wenn die resultierende Kraft auf den Kolben einen bestimmten Mindestwert erreicht. Dadurch wird verhindert, dass bei einer Änderung des ersten Drucks um einen geringen Betrag der Kolben dauernd bewegt wird. Nur signifikante Änderungen des Drucks in dem ersten Volumen führen dann zu einer Verschiebung des Kolbens, die zu einem Verschließen oder Öffnen des Verbindungskanals führt.

Die Erfindung kann vorteilhaft auch dadurch ausgestaltet sein, dass ein zweites, dem ersten Ende gegenüberliegendes Ende des Kolbens ein drittes Volumen begrenzt und mit einem dritten Druck beaufschlagt ist und dass die Gegenkraft wenigstens teilweise durch den dritten Druck erzeugt wird.

Durch diese Konstruktion wird es möglich, das Ventil in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen dem ersten und dem dritten Druck zu steuern, da die Kraft und Gegenkraft, die auf den Kolben wirken, durch den ersten und den dritten Druck erzeugt sind.

Die Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von einem Druckunterschied hat gegenüber der Steuerung mittels eines Kraftspeichers beispielsweise einer Feder den Vorteil, dass die herrschenden Kräfte nicht durch Veränderungen an der Apparatur, beispielsweise Materialalterung, beeinflusst werden.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Kolben (7) an seinem ersten Ende (10) und an seinem zweiten Ende gleich große oder nach Art eines Differentialkolbens unterschiedlich große Querschnitte aufweist.

Durch die Verwendung eines Differentialkolbens kann ein bestimmtes Druckverhältnis eingestellt werden, bei dem die Axialverschiebung des Kolbens und somit die Betätigung des Ventils erfolgt. Damit kann das Ventil an den vorgesehenen Verwendungszweck angepasst werden. Die Druckverhältnisse, bei denen das Ventil selbsttätig öffnet oder schließt sind dann vom Verhältnis der verschiedenen Querschnitte des Differentialkolbens abhängig.

Weiter kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass die Gegenkraft wenigstens teilweise durch eine Feder erzeugt wird.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Kolben in seinem Inneren ein Überdruckventil aufweist, welches im Falle dass der erste Druck oder der Differenzdruck zwischen dem ersten und dem dritten Druck eine bestimmte Schwelle überschreitet, das erste Volumen mit dem dritten Volumen verbindet.

In diesem Fall stellt das Ventil unabhängig von dem Verschließen oder Öffnen des ersten Verbindungskanals sicher, dass oberhalb einer bestimmten Druckdifferenz oder eines bestimmten Druckverhältnisses zwischen dem ersten und /oder dem zweiten Druck einerseits und dem dritten Druck andererseits ein Druckausgleich über das Überdruckventil stattfindet.

Da das Überdruckventil so konstruiert sein kann, dass es sehr schnell anspricht, kann auch dies dem Schutz eines mit dem zweiten Volumen verbundenen Gerätes dienen, für den Fall, dass beispielsweise in dem ersten Volumen der Druck sehr schnell ansteigt und eine Axialverschiebung des Kolbens zum Verschließen des Verbindungskanals nicht schnell genug erfolgt, um das Druckmessgerät vom ersten Volumen zu entkoppeln. In diesem Fall sorgt ein schnelles Auslösen des Überdruckventils zum Absinken des Drucks in dem ersten und /oder zweiten Volumen, so dass auch der Druck im zweiten Volumen schon vor dem Verschließen des Verbindungskanals gemindert werden kann. Konstruktiv kann dies vorteilhaft dadurch gelöst sein, dass das Überdruckventil einen mittels einer Federkraft gegen eine Dichtung gedrückten, durch Überdruck abhebbaren Verschlussteller aufweist, der auf seiner ersten Seite mit dem ersten Druck und auf seiner zweiten Seite mit dem dritten Druck beaufschlagt ist.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ventils in einem mit einem Fluid beaufschlagbaren System, insbesondere einem System der Kältetechnik, mit einem an dem ersten und /oder zweiten Volumen angeschlossenen Druckmessgerät zur Bestimmung des Drucks des Fluids und insbesondere mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Kondensationstemperatur oder Verdampfungstemperatur des Fluids aus dem gemessenen Druck.

Besonders bei einer derartigen Verwendung des Ventils können die Vorteile des selbsttätigen Öffnens und Schließens des Verbindungskanals zum Schutz eines angeschlossenen Druckmessgerätes genutzt werden.

Das Ventil kann zu diesem Zweck beispielsweise auch bei einem transportablen Druckmessgerät eingesetzt werden, das bei der Überprüfung von Kältesystemen an ein solches angeschlossen wird. Das erste Volumen des Ventils wird dann beispielsweise an dem Kühlkreislauf des Systems angeschlossen, um dort den Druck zu messen. Ist dieser Druck für das Druckmessgerät, welches an das zweite Volumen angeschlossen ist, zu hoch, so schließt das Ventil selbsttätig, so dass das Druckmessgerät geschützt wird und der Monteur ein anderes Druckmessgerät einsetzen kann, das für den höheren, in dem System herrschenden Druck, ausgelegt ist.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein System, insbesondere System der Kältetechnik mit einem Ventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, einem oder mehreren an das erste und /oder zweite Volumen angeschlossenen Druckmessgerät und einer Recheneinrichtung zur Bestimmung der Kondensationstemperatur oder Verdampfungstemperatur des Fluids aus dem gemessenen wert des Druckes und in einer Speichereinrichtung gespeicherten Kenngrößen des Fluids.

In einem derartigen mit dem erfindungsgemäßen Ventil ausgestatteten System kann das Druckmessgerät dauernd oder zyklisch den Druck messen, um entsprechend jeweils die Kondensationsbeziehungsweise Verdampfungstemperatur des Fluids bestimmen zu können. Die entsprechenden Messwerte können laufend gespeichert werden ohne dass Wartungspersonal anwesend sein muss, da die Messeinrichtung bei einem Ansteigen des Drucks über eine vorgegebene Schwelle oder einem Absinken unter eine vorgegebene Schwelle selbsttätig durch das Ventil von dem System abgetrennt wird.

Ein derartiges System kann beispielsweise dadurch verwirklicht sein, dass das erste Volumen an eine Hochdruckseite oder an eine Niederdruckseite des Systems angeschlossen ist.

Ein solches System kann beispielsweise zur Trocknung von Volumina eingesetzt werden, wobei durch Evakuierung ein geringer Druck erzeugt wird, der unterhalb des Dampfdrucks der zu trocknenden Flüssigkeit liegt. Um dies zu überprüfen, ist die Kondensations- beziehungsweise Verdampfungstemperatur beim gemessenen Druck zu prüfen und mit der Ist-Temperatur zu vergleichen. Ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines mit einem Fluid beaufschlagten Systems mittels eines erfindungsgemäßen Ventils sieht entsprechend vor, dass das System mit dem ersten Volumen eines Ventils gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10 verbunden wird, dass an das zweite Volumen ein Druckmessgerät angeschlossen ist, dass geprüft wird, ob der Verbindungskanal geöffnet ist und dass dann der Druck gemessen wird.

Außerdem kann hierbei vorgesehen sein, dass aus dem gemessenen Druckwert mittels einer Recheneinrichtung die Kondensations- oder Verdampfungstemperatur des Fluids bestimmt wird. Hierbei findet typischerweise ein Microcontroller Anwendung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.

Dabei zeigt:

1 schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Ventil in geschlossenem Zustand,

2 ein entsprechendes Ventil in geöffnetem Zustand, 3 schematisch ein System mit einem erfindungsgemäßen Ventil.

Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil schematisch im Schnitt. Das Ventil 1 ist in eine Behälterwand 2 eingesetzt, die verschiedene Gas- oder Fluidvolumina voneinander trennt. Das Ventil weist einen Hohlzylinder 3, 4 auf, der aus einem ersten Hohlzylinderteil 3 und einem sich an dieses axial anschließenden zweiten Hohlzylinderteil 4 besteht. Das erste Hohlzylinderteil 3 ist mittels einer ersten Dichtung 5, die als umlaufende Elastomerdichtung ausgebildet ist, gegenüber der Gehäusewand 2 abgedichtet.

Das zweite Hohlzylinderteil 4 ist mittels einer zweiten, ebenfalls umlaufend ausgebildeten Dichtung 6 gegenüber der Gehäusewand 2 abgedichtet.

Der Hohlzylinder 3, 4 ist in die Gehäusewand 2 ortsfest eingesetzt.

Innerhalb des Hohlzylinders 3, 4 ist ein Kolben 7 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Der Kolben 7 weist ein erstes Kolbenteil 8, 10 auf, das sich im wesentlichen an die zylindrische Wandung des ersten Hohlzylinderteils 3 anpasst und das mittels einer verschiebbaren Dichtung 9, die als Elastomerdichtung ausgebildet ist, gegenüber der Innenwand des ersten Hohlzylinderteils 3 gasdicht abgedichtet ist. Als Material für die verschiebbare Dichtung 9 kommen übliche Elastomere oder elastomerhaltige Kunststoffe in Frage. Um ein axiales Verschieben des Kolbens 7 gegenüber dem Hohlzylinder 3, 4 zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass die dritte Dichtung 9 mittels eines Schmiermittels an der Innenwand des Hohlzylinders 3, 4 gleitet.

Das erste Kolbenteil ist innerhalb des Hohlzylinders beziehungsweise des ersten Hohlzylinderteils 3 mechanisch eng geführt.

An seinem dem ersten Ende 10 des Kolbens 7 zugewandten Ende weist das erste Kolbenteil 8 eine Federführung 10 auf, die einen gegenüber den übrigen Teilen des ersten Kolbenteils 8 verringerten äußeren Durchmesser aufweist.

Auf diese Federführung 10 ist eine Feder 11 aufgesetzt, die an ihrem Ende 12 ein Deckelteil 13 des Kolbens 7 trägt. Das Deckelteil 13 bildet zusammen mit der Feder 11 ein zweites Kolbenteil, das mit dem ersten Kolbenteil 8, 10 fest verbunden ist.

Das Deckelteil 13 besteht aus einer Platte 14, die den Rand des zweiten Hohlzylinderteils 4 überdeckt. Die Platte 14 trägt eine Scheibe 15, an der die Feder 11 befestigt ist. Die Scheibe 15 weist einen kleineren Außendurchmesser auf als die Platte 14. Am äußeren Umfang der Scheibe 15 befindet sich eine im Querschnitt runde dritte Dichtung 16, die als Elastomerdichtung ausgebildet ist und stramm auf der Scheibe 15 sitzt, so dass sie dort fixiert ist.

Bewegt sich die Platte 14 auf den dem ersten Volumen 22 zugewandten, stirnseitig umlaufenden Rand des zweiten Hohlzylinderteils 4 zu, so legt sich die dritte Dichtung 16 an eine konische Dichtfläche 17 am Rand des zweiten Hohlzylinderteils 4 an. Die dritte Dichtung 16 dichtet dann den Zwischenraum zwischen der Platte 14 und dem zweiten Hohlzylinderteil 4 gasdicht ab, so dass in diesem Zustand das am ersten Ende 10 des Kolbens 7 gelegene Volumen 22 durch das Ventil 1 von dem durch das Bezugszeichen 21 dargestellten Gasraum (zweites Volumen) abgetrennt ist.

Die 2 stellt das Ventil in geöffnetem Zustand dar. In diesem Zustand ist der Kolben 7 zu seinem ersten Ende 10 hin verschoben. Die dritte Dichtung 16 ist von der Dichtfläche 17 abgehoben, so dass zwischen dem zweiten Kolbenteil 11, 13 und dem zweiten Hohlzylinderteil 4 ein Zwischenraum entsteht, durch den aus dem ersten Volumen 22, das dem ersten Ende 10 des Kolbens 7 zugewandt ist, entlang des nun geöffneten Verbindungskanals in das Innere des Ventils ein Fluid, beispielsweise Gas oder Flüssiggas, einströmen kann. Das Fluid kann durch den Verbindungskanal entlang der offenen Schraubenfeder 11 weiter bis zu dem Hohlraum 19 und von dort durch die Bohrung 20 in dem ersten Hohlzylinderteil 3 zu der Bohrung 21 in der Gehäusewand 2 strömen. An die Bohrung 21 kann mittels eines Anschlusses ein zweites Volumen angeschlossen sein, in dem sich ein Messgerät, beispielsweise ein Druckmessgerät befindet.

In der geöffneten Ventilstellung, wie sie in der 2 dargestellt ist, ist dann das erste Volumen auf der Unterseite der Gehäusewand 2 mit dem mit der Bohrung 21 verbundenen Volumen in Verbindung, so dass mittels eines dort befindlichen Druckmessgerätes der Druck gemessen werden kann, der in dem ersten Volumen 22 herrscht.

Diese geöffnete Stellung des Verbindungskanals, der sich, ausgehend von dem ersten Volumen 22 zwischen der dritten Dichtung 16 und dem zweiten Hohlzylinderteil 4 in das Innere des zweiten Kolbenteils 11, 13 hinein erstreckt und von dort über das Volumen 19, die Bohrung 20 zu der Bohrung 21 führt, setzt voraus, dass der Kolben, wie in der 2 dargestellt, axial zu seinem ersten Ende 10 hin verschoben ist.

Die Stellung des Kolbens 7 relativ zu dem Hohlzylinder 3, 4 ist abhängig von den Druckverhältnissen im ersten Volumen, das durch das Bezugszeichen 22 dargestellt ist und in dem dritten Volumen, das durch das Bezugszeichen 18 dargestellt ist. Der Druck im ersten Volumen 22 wirkt auf das erste Ende 10 des Kolbens, das heißt letztendlich auf die Stirnseiten der Federführung 10 des ersten Kolbenteils sowie auf die Schulter 23 des ersten Kolbenteils. Dazu kommt die stirnseitige Fläche des Überdruckventils 25, solange dieses verschlossen ist.

Auf das andere Ende des Kolbens 7 und zwar auf die dort angeordnete Stirnseite 24 wirkt der in dem dritten Volumen 18 herrschende Druck. Die durch diese möglicherweise unterschiedlichen Drücke in den Volumina 22, 18 wirkenden Kräfte führen dazu, dass der Kolben 7 entweder zu dem ersten Volumen 22 oder zu dem dritten Volumen 18 hin verschoben wird und somit das Ventil sich selbständig öffnet oder schließt. Ist das Ventil geschlossen, so liegt die dritte Dichtung 16 auf der Dichtfläche 17 des zweiten Hohlzylinderteils 4 auf und der auf die Platte 14 wirkende Druck in dem Volumen 22 hält den Kolben in seiner Stellung.

Zur Unterstützung der auf die Stirnseite 24 des Kolbens 7 wirkenden Kraft kann zwischen dem Kolben 7 und der Schulter 33 des ersten Hohlzylinderteils 3 eine Schraubenfeder vorgesehen sein.

Befindet sich das Ventil in seiner geöffneten Stellung und tritt ein plötzlicher und großer Druckanstieg auf, so kann möglicherweise das Ventil nicht genügend schnell durch Verschiebung des Kolbens 7 reagieren und das Auftreten eines Überdrucks an der Bohrung 21 beziehungsweise dem entsprechenden Anschluss zum zweiten Volumen verhindern. In diesem Fall tritt das Überdruckventil 25 in Aktion, das in einer zentrischen Bohrung des ersten Kolbenteils 8 angeordnet ist. Das Überdruckventil 25 weist ein Rohrteil 26 auf, das an seinem dem dritten Volumen 18 zugewandten Ende eine Dichtfläche 27 aufweist, auf der ein Dichtungsteller 28 aufliegt. Der Dichtungsteller 28 ist mittels einer Führungsstange 29 mit einer Steuerscheibe 30 verbunden, die in einem Federzylinder 31 axial verschiebbar ist. Dabei wird die Steuerscheibe 30 durch eine in dem Federzylinder 31 geführte Steuerfeder 32 in Richtung zu dem ersten Volumen 22 hin gedrückt. Durch diese Kraft wird der Dichtungsteller 28 gegen die Dichtfläche 27 gedrückt, so dass das Überdruckventil im Normalfall geschlossen ist.

Ein starker Druckanstieg in dem ersten Volumen 22 führt dazu, dass das Fluid an der Führungsstange 29 vorbei in den Federzylinder 31 und weiter in das Führungsrohr 26 zu dem Dichtungsteller 28 hin strömen und diesen gegen die Kraft der Feder 32 von der Dichtfläche 27 abheben kann. Das Fluid kann dann von dort in das dritte Volumen 18 hin abströmen.

Nach dem Abbau des Drucks in dem ersten Volumen 22 wird durch die Feder 32 die Steuerscheibe 30 wieder zurückgedrückt und damit auch der Dichtungsteller 28 auf die Dichtung 27, so dass das Überdruckventil 25 in diesem Zustand wieder schließt.

Die Länge des Kolbens 7 ist so gestaltet, dass dieser, wie in der 1 ersichtlich, auch im geschlossenen Zustand des Ventils 1 nicht an der Schulter 33 des ersten Hohlzylinderteils 3 anliegt, so dass dort der in dem dritten Volumen 18 herrschende Druck auf die gesamte Stirnfläche 24 des Kolbens wirken kann. Etwaige Toleranzen werden durch die axiale Komprimierbarkeit des Kolbens 7 im Bereich der Feder 11 ausgeglichen.

Anstelle der Feder 11 kann auch ein Rohrteil eingesetzt werden, das dann jedoch Bohrungen 48 aufweist, die den Durchlass des zwischen der dritten Dichtung 16 und der Dichtfläche 17 einströmenden Fluids zu den Bohrungen 20, 21 einerseits und zu dem Überdruckventil 25 andererseits erlauben.

Die 3 zeigt in einer schematisch gegenüber den 1 und 2 noch weiter vereinfachten Darstellung den Einsatz des erfindungsgemäßen Ventils 1 in einem System, beispielsweise einem Kältesystem. Das erste Volumen 22 entspricht dem Hochdruckteil oder dem Niederdruckteil des Systems, während das zweite Volumen 18 einem anderen Gasraum, beispielsweise der Atmosphäre entspricht. Zwischen diesen Teilen ist das Ventil 1 mit seinem axial verschiebbaren Kolben 7 angeordnet.

Im geöffneten Zustand des Ventils 1 ist der Verbindungskanal 49, der in der 3 gestrichelt dargestellt ist, zwischen dem ersten Volumen 22 und dem zweiten Volumen 40 geöffnet. Das Druckmessgerät 41 misst dann den in dem zweiten Volumen 40 und ersten Volumen 22 herrschenden Druck. In dem zweiten Volumen 40 kann außerdem noch ein Temperaturmessgerät 42 vorgesehen sein. Die Messwerte der Messgeräte werden über Messleitungen 43 zu einer Recheneinrichtung 44 geleitet, die aus dem gemessenen Druck mit Hilfe von in einer Speichereinrichtung 45 hinterlegten Referenzwerten eine Kondensations- beziehungsweise Verdampfungstemperatur bestimmt. Diese wird mittels einer Anzeigeeinheit 46 angezeigt und kann mit der gemessenen Temperatur, die ebenfalls angezeigt werden kann, verglichen werden.

Die Recheneinheit 44 kann die Kondensations- beziehungsweise Verdampfungstemperatur entweder auf der Basis bekannter Formeln (allg. Gasgleichung) unter Berücksichtigung der Konstanten des jeweils vorliegenden Gases/Fluids oder aufgrund von eingespeicherten Wertelisten/Näherungskurven durch Interpolation bestimmen. Zusätzlich kann eine weitere Messeinrichtung 47 direkt in dem ersten Volumen 22 angeordnet sein, wobei die weitere Druckmesseinrichtung 47 zwar weniger sensitiv, aber hochdruckfester als das Druckmessgerät 41 ausgebildet ist. Stellt sich in dem ersten Volumen 22 dann ein überhöhter Druck ein, so schließt sich das Ventil 1 selbsttätig und das zweite Volumen 40 wird vom ersten Volumen 22 getrennt, so dass das erste Druckmessgerät 41 zur Messung des Drucks in dem ersten Volumen 22 nicht mehr einsetzbar ist. In diesem Fall kann der Druck mittels des zweiten Druckmessgerätes 47 auf einem ungenaueren Niveau weiterhin gemessen werden.


Anspruch[de]
  1. Ventil für ein Fluid zum Öffnen und Schließen eines Verbindungskanals (49) zwischen einem ersten Volumen (22), in dem ein erster Druck herrscht und einem zweiten Volumen (40) in dem ein zweiter Druck herrscht, mit einem in einem Hohlzylinder (3, 4) geführten Kolben (7), dessen erstes Ende (10) mit dem ersten Druck beaufschlagt ist und der in Abhängigkeit von dem ersten Druck gegen eine Gegenkraft in seiner Axialrichtung verschiebbar ist, wobei der Verbindungskanal (49) von dem ersten Ende (10) des Kolbens in die Wand des Hohlzylinders (3, 4) hinein verläuft und im Zuge einer Verschiebung des Kolbens (7) aufgrund des ersten Drucks in eine erste Richtung verschließbar ist, um das erste Volumen (22) von dem zweiten Volumen (40) zu trennen.
  2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) an seinem ersten Ende (10) ein geschlossenes Deckelteil (13, 14) aufweist, dass bei geöffnetem Verbindungskanal (49) dieser zwischen dem Deckelteil (13, 14) und einer diesem zugewandten Dichtfläche (17) des Hohlzylinders (3, 4) hindurch verläuft, dass bei Verschiebung des Kolbens (7) in die erste Richtung der Verbindungskanal (49) durch Aufsetzen des Deckelteils (13, 14) auf der Dichtfläche (17) des Hohlzylinders (3, 4) verschließbar ist.
  3. Ventil nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) an der Wand des Hohlzylinders (3, 4) mittels einer verschiebbaren Dichtung (9) abgedichtet ist, die, von dem ersten Ende (10) des Kolbens (7) aus gesehen axial jenseits der Stelle liegt, an der der Verbindungskanal (49) in die Wand des Hohlzylinders eintritt.
  4. Ventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiebbare Dichtung (9) eine definierte Reibungskraft zwischen Kolben (7) und Hohlzylinder (3, 4) erzeugt, die zur Verschiebung des Kolbens (7) überwunden werden muss.
  5. Ventil nach Patentanspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites, dem ersten Ende (10) gegenüberliegendes Ende des Kolbens (7), ein drittes Volumen (18) begrenzt und mit einem in dem dritten Volumen herrschenden dritten Druck beaufschlagt ist und dass die Gegenkraft wenigstens teilweise durch den dritten Druck erzeugt wird.
  6. Ventil nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) an seinem ersten Ende (10) und an seinem zweiten Ende gleich große oder nach Art eines Differentialkolbens unterschiedlich große Querschnitte aufweist.
  7. Ventil nach Patentanspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft wenigstens teilweise durch eine Feder (50) erzeugt wird.
  8. Ventil nach Patentanspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) in seinem Inneren ein Überdruckventil (25) aufweist, welches im Falle dass der erste Druck oder der Differenzdruck zwischen dem ersten und dem dritten Druck eine bestimmte Schwelle überschreitet, das erste Volumen (22) mit dem dritten Volumen (18) verbindet.
  9. Ventil nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (25) einen mittels einer Federkraft gegen eine Dichtung (27) gedrückten, durch Überdruck abhebbaren Verschlussteller (28) aufweist, der auf seiner ersten Seite mit dem ersten Druck und auf seiner zweiten Seite mit dem dritten Druck beaufschlagt ist.
  10. Ventil nach Patentanspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass an das zweite Volumen (21) ein Messgerät (41), insbesondere ein Druckmessgerät anschließbar ist.
  11. Verwendung eines Ventils nach einem der vorangehenden Patentansprüche in einem mit einem Fluid beaufschlagbaren System, insbesondere einem System der Kältetechnik, mit einem an dem ersten und /oder zweiten Volumen (40) angeschlossenen Druckmessgerät (41) zur Bestimmung des Drucks des Fluids und insbesondere mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Kondensationstemperatur oder Verdampfungstemperatur des Fluids aus dem gemessenen Druck.
  12. System, insbesondere System der Kältetechnik mit einem Ventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, einem oder mehreren an das erste und /oder zweite Volumen (40) angeschlossenen Druckmessgerät (41) und einer Recheneinrichtung (44) zur Bestimmung der Kondensationstemperatur oder Verdampfungstemperatur des Fluids aus dem gemessenen Wert des Druckes und in einer Speichereinrichtung (45) gespeicherten Kenngrößen des Fluids.
  13. System gemäß Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Volumen (22) an eine Hochdruckseite oder an eine Niederdruckseite des Systems angeschlossen ist.
  14. Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines mit einem Fluid beaufschlagten Systems, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit dem ersten Volumen (22) eines Ventils gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10 verbunden wird, dass an das zweite Volumen ein Druckmessgerät (41) angeschlossen ist dass geprüft wird, ob der Verbindungskanal (49) geöffnet ist und dass dann der Druck gemessen wird.
  15. Verfahren gemäß Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Druckwert mittels einer Recheneinrichtung (44) die Kondensationstemperatur oder Verdampfungstemperatur des Fluids bestimmt wird.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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