Schnellschlussventil In Schutzräumen, die Schutz gegen Explosions wirkungen irgendwelcher Art bieten sollen, sowie in Reaktoren und ähnlichen Bauwerken ist es erforderlich, ständig Frischluft in erheblicher Menge zuzuführen, diese Frischluftzufuhr aber innerhalb kürzester Zeiten so dicht abzuschliessen, dass der Verschluss auch hohen Druckbeanspruchungen standhält.
Zu diesem Zweck sind Schnellschlussventile erforderlich, wobei es bekannt ist, Schnel'lschlussventile zu verwenden, bei denen der bewegbare Ventilteil eine Prallfläche auf weist oder mit einer Prallfläche verbunden ist, so dass eine auf die Prallfläche auftreffende Druckwelle die Schliessung des Ventils bewirkt. Es wurde ferner vom Erfinder der vorliegenden Erfindung bereits vorge schlagen, die Schliessung solcher Schnellschlussventile durch die Einwirkung von Licht,Wärme oder Druck, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Relais, zu bewirken.
Es sind Schnellschlussventile bekannt, bei denen pendelnd oder verschiebbar aufgehängte Klap pen oder Körper durch eine zwischen Zufluss- und Abflussleitung auftretende Druckdifferenz geschlossen werden. Den sehr hohen Anforderungen, die an die Schnellschlussventile in den Frischluftzuleitungen von Schutzräumen oder Reaktoren gestellt werden müssen, sind die bekannten Schnellschlussventile jedoch nicht gewachsen.
Bei diesen Ventilen ist es nicht nur erfor derlich, dass sich die Ventile beim Auftreffen einer Druckwelle sehr rasch schliessen, es muss auch ein hoher Anpressdruck erzielt werden, und das Ventil soll eine hohe Stabilität aufweisen, wozu erforderlich ist, dass es sich erst bei einer wesentlich geringeren Druck differenz wieder öffnet, als zur Schliessung ausreichend ist.
Es ist ein vom Erfinder vorgeschlagenes Schnell schlussventil bekannt, bei dem ein die Leitung ab- schliessender zylindrischer, prismatischer oder kegel- oder pyramidenförmiger Teil mit öffnungen in der Mantelfläche vorgesehen ist, in den ein zweiter, gleich artiger Teil mit entsprechenden öffnungen in seiner Mantelfläche verschiebbar oder drehbar ist.
Diese be kannten Schnellschlussventile erfüllen zwar die Bedin gungen, dass sie sich sehr rasch schliessen, und dass sie geöffnet einen :sehr hohen Durchströmquerschnitt ha ben;
sie erfüllen aber nicht die Bedingung, dass sie auch bei sehr hohen Druckdifferenzen dicht schliessen, weil es nicht möglich ist, die beim Öffnen und Schlies- sen des Ventils aneinandergleitenden Flächen so stark gegeneinander zu pressen, dass auch bei hohen Druck differenzen kein Gas durch das Ventil durchsickern kann. Gegenstand der Erfindung ist ein Schnellschluss- ventil, bei dem alle vorstehend genannten Vorausset zungen erfüllt sind.
Das Schnellschlussventi@l gemäss der Erfindung besitzt einen kegel- oder pyramidenförmigen Ventilkörper und einen entsprechend ebenfalls kegel- bzw. pyramidenförmigen Ventilsitz.
Erfindungsge- mäss sind dabei Ventilkörper und Ventilsitz treppenför- mig, und es befinden sich zwischen den Treppenstufen sowohl des Ventilkörpers als auch des Ventilsitzes Durchlassöffnungen, die miteinander in Verbindung stehen, wenn sich die Treppenstufen von Ventilkörper und Ventilsitz nicht berühren, und die voneinander getrennt sind, wenn sich diese Treppenstufen dichtend berühren. Eine besondere vorteilhafte Ausführungs form ergibt sich, wenn zwischen je zwei benachbarten Durchlassöffnungen des Ventilkörpers bzw. des Ven tilsitzes sich zwei Treppenstufen befinden.
Ein beson- ders zuverlässiger Schutz wird erreicht, wenn das ver wendete Schnellschlussventil nach beiden Bewegungs richtungen schliesst, so dass es sowohl auf äusseren Überdruck als auch auf äusseren Unterdruck anspricht. Dies kann beim Schnel'lschlussventil nach der Erfin dung dadurch sichergestellt werden, dass sich der Kohl kegel- bzw. hohlpyramidenförmige Ventilkörper zwi schen zwei entsprechend kegel- bzw. pyramidenförmi gen Ventilsitzen befindet derart, dass seine beiderseits ausgebildeten Treppenstufen je nach der Verschie bungsrichtung sich dichtend an die Treppenstufen des äusseren oder des inneren Ventilsitzes anlegen.
Um eine besonders zuverlässige Abdichtung zu erzielen, werden zweckmässig die Treppenstufen so ausgebildet, dass die Stufen jeweils des einen der beiden Teile Rip pen und die Stufen des anderen der beiden Teile Nuten, in die elastische Dichtkörper eingelegt sind, auf weisen, so dass sich die Rippen am einen Teil in die elastischen Dichtkörper am anderen Teil einpressen. Damit bei einer solchen Anordnung die Dichtkörper beim Auftreten extrem hoher Drucke, wie sie bei Ex plosionswellen zu gewärtigen sind, nicht beschädigt werden, können die Treppenstufen zweckmässig so aus gebildet sein, dass die Bewegung des Ventilkörpers durch Anschläge begrenzt ist.
Der die Trepenstufen aufweisende Ventilkörper ist, damit das Ventil auf Druckdifferenzen ansprechen kann, zweckmässig gegen eine Federkraft in Längs richtung verschiebbar so angeordnet, dass in seiner Ruhelage seine Treppenstufen dieTreppenstufen des Ventilsitzes nicht berühren, dass aber beim Auftreffen einer Druckwelle auf die Stirnfläche des Ventilkörpers sich dieser gegen die Federkraft bis zur dichtenden Be rührung der Treppenstufen verschiebt.
Als Feder kann dabei eine elastische Dose dienen, deren Innenraum mit dem durch das Schnellschlussventil abzusperrenden Raum in Verbindung steht, wodurch erreicht wird, dass die Ansprechempfindlichkeit auf Druckdifferenzen unabhängig von den Schwankungen des atmosphäri schen Luftdruckes ist. Diese Verbindungsleitung ,ist zweckmässig absperrbar oder durch Überdruck oder Unterdruck beaufschlagbar. Dadurch wird erreicht, dass das öffnen und Schliessen des Ventils, auch wenn kein äusserer Über- oder Unterdruck vorhanden ist, vom Schutzraum aus bewirkt werden kann, ohne dass dazu zusätzliche Verbindungsleitungen oder Steuer mittel erforderlich sind.
Wenn beispielsweise von der Bunkerleitung erkannt wird, dass eine Explosion zu erwarten ist, so kann auf diese Weise durch Absaugen von Luft aus der Verbindungsleitung oder Einpumpen von Luft in die Verbindungsleitung das Ventil schon vorsorglich geschlossen werden.
In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein Schnellschlussven- til nach der vorliegenden Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig.1 das Ventil in Offenstellung, Fig. 2 das Ventil in Schliessstellung bei äusserem Überdruck, Fig. 3 das Ventil in Schliessstellung bei äusserem Unterdruck. In diesen schematischen Figuren sind Einzelheiten, wie Führungen des beweglichen Ventilkörpers, die auf den Ventilkörper einwirkenden Federn und Dichtungs vorrichtungen zur besseren Übersichtlichkeit weggelas sen.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen jeweils einen Längs schnitt durch die Pinke Hälfte des Ventils, wobei Ven tilkörper und Ventilsitz kegelförmig oder pyramiden förmig sein können und die strichpunktierte Linie die Kegel- bzw. Pyramidenachse darstellt. In der folgen den Beschreibung wird angenommen, dass es sich um ein kegelförmiges Ventil handelt, doch gelten die Aus führungen sinngemäss auch für ein Ventil mit pyrami denförmigem Ventilkörper und Ventilsitz. Das Ventil nach Fig. 1 bis 3 besteht aus einem äusseren, hohlke gelförmigen Ventilsitz 2a und einem inneren hohlke gelförmigen Ventilsitz 2b, zwischen denen sich der hohlkegelförmige Ventilkörper 3 befindet, der sowohl aussen als auch innen Treppenstufen aufweist.
Zwi schen je zwei Treppenstufen befindet sich eine Durch- lassöffnung 7. Der äussere Ventilsitz 2a hat an seiner Innenseite, der innere Ventilsitz 2b an seiner Aussen seite ebenfalls Treppenstufen, deren Höhe der Höhe der Treppenstufen des Ventilkörpers entspricht. Auch hier sind jeweils zwischen zwei Treppenstufen Durch- lassöffnungen 8 im äusseren Ventilsitz und 9 im inne ren Ventilsitz vorgesehen.
Wie Fig. 1 zeigt, sind diese Durchlassöffnungen so angeordnet, dass, wenn sich der Ventilkörper in der in Fig. 1 dargestellten Mittellage befindet, jeweils drei Öffnungen 8, 7, 9 in gleicher Höhe liegen, so dass die Luft ohne nennenswerten Strömungs widerstand durch diese Ventilöffnungen hindurchströ- men kann. Dabei können die Öffnungen sowohl bei kegelförmiger als auch bei pyramidenförmiger Aus bildung der Ventile breite Schlitze sein, so dass der Durchlassquerschnitt des geöffneten Ventiles sehr gross ist.
Der äussere und der innere Ventilsitz haben an ihren in den Figuren oben liegenden Enden Öffnungen 10 bzw. 11, während der Ventilkörper an seiner Oberseite durch eine Platte 12 verschlossen ist. Die unteren En den der Ventilsitze 2a und 2b sind dicht miteinander verbunden.
Bei geöffnetem Ventil tritt infolge des grossen Ge samtquerschnittes der Durchströmöffnungen zwischen der Aussenseite ,und der Innenseite des Schnellschluss- ventils keine merkliche Druckdifferenz auf. Wirkt aber auf die Platte 12 von oben her ein Überdruck, etwa durch Auftreffen der Front einer Druckwelle, so be wegt sich der Ventilkörper 3 entgegen der nicht ge zeichneten elastischen Kraft nach unten, so dass sich die Durchlassöffnungen 7 gegen die Durchlassöffnun- gen 8, 9 verschieben.
Dadurch erhöht sich, auch wenn das Ventil noch nicht ganz geschlossen ist, der Strö mungswiderstand und dadurch auch die Differenz zwi schen den von beiden Seiten auf die Platte 12 wirken den Drucken. Unter dem Einfluss einer solchen Druck differenz schliesst sich das Ventil vollständig, bis die Unterseiten der Treppenstufen des Ventilkörpers 3 auf den Oberseiten der Treppenstufen des Ventilsitzes 2b dichtend aufliegen, wie dies ,in Fig. 2 dargestellt ist.
Sobald sich das Ventil vollständig geschlossen hat, wirkt die Druckdifferenz zwischen der Aussenseite und der Innenseite auf die gesamte, von der grössten ring förmigen Dichtfläche 13 umschlossene Fläche, so dass die Kraft, mit der das Ventil geschlossen gehalten wird, bei gleicher Druckdifferenz wesentlich grösser .ist als die Kraft, die den Schliessvorgang einleitet, da diese den Schliessvorgang einleitende Kraft gleich der Druck differenz ist, die auf die Platte 12 wirkt.
Weist bei spielsweise die ringförmige Dichtfläche 13 den vierfa chen Durchmesser der Platte 12 auf, so erhöht sich die Schliesskraft in dem Augenblick, in dem der Ventil- schluss vollzogen ist, auf den sechzehnfachen Wert.
Fig. 3 zeigt die Stellung des Ventils, wenn sich dieses nicht durch einen von oben wirkenden Über druck, sondern durch einen von oben wirkenden Unter druck bzw. einen von unten wirkenden Überdruck ge schlossen hat. Hier ist für die Schliesskraft die von der Dichtfläche 14 umschlossene Fläche massgebend. Wie die Figuren 2 und 3 erkennen lassen, sind, sobald sich die Treppenstufen des Ventilkörpers und eines Ventil sitzes dichtend berühren, .sämtliche Durchlässe ge schlossen. Die Flächen, auf die der äussere Überdruck im Sinne eines Wiederöffnens des Ventils einwirken kann, sind sehr klein im Vergleich zu der von der Dichtfläche 13 bzw. 14 umschlossenen Fläche, die die Schliesskraft bestimmt.
Auch bei sehr hohen Druck differenzen ist ein Einsickern von Luft nicht zu be fürchten, insbesondere, wenn an den Dichtflächen Dichtungskörper vorgesehen sind. Das öffnen des Ven tils erfolgt erst, wenn die Druckdifferenz zwischen Aus sen- und Innenraum so weit abgenommen hat, dass die schon mehrfach erwähnte Schliesskraft, die von dem Durchmesser der Dichtungsfläche 13 bzw. 14 abhängt, kleiner ist als die elastische Kraft, die das Ventil in Offenstellung hält.
Da das Schliessen des Ventils erst bewirkt wird, wenn die auf die Platte 12 allein wirken de Druckdifferenz die elastische Kraft überschreitet, ergibt sich, dass das Ventil sich erst bei einer sehr viel geringeren Druckdifferenz öffnet als der Druckdiffe renz, die das Schliessen bewirkt, d. h. das Ventil weist eine hohe Stabilität auf, und es .ist die Gefahr, dass das Ventil bei einer Druckdifferenz, die gerade an der Grenze der Schliesskraft liegt, flattern könnte, sicher vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Ventiles gemäss der Erfindung ist in Figur 4 dargestellt. In einem Ventil gehäuse 1 mit Flanschen la, 1b und 1c sind der Ven tilkörper und die Ventilsitze angeordnet, die mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind wie in den Fi guren 1 bis 3. Um eine zuverlässige Abdichtung zu er zielen, sind an den Unterseiten der Treppenstufen des äusseren Ventilsitzes 2a und des Ventilkörpers 3 Rip pen 15 vorgesehen und an den Oberseiten der Treppen stufen des Ventilkörpers 3 und des inneren Ventilsitzes 2b Nuten, in die elastische Dichtkörper 16, beispiels weise aus natürlichem oder synthetischem Gummi, ein gelegt sind.
Beim Schliessen des Ventiles pressen sich die Rippen 15 in die elastischen Dichtkörper 16 ein, und die Einpressung nimmt mit zunehmender Schliess- kraft zu. Bei stark anwachsendem äusseren Über- oder Unterdruck könnte die Gefahr einer Zerstörung der elastischen Dichtungskörper 16 durch Überbean spruchung bestehen.
Einer solchen Überbeanspruchung wird dadurch vorgebeugt, dass die Verschiebung des Ventilkörpers 3 dadurch begrenzt ist, dass sich die Oberseiten 17 und Unterseiten 18 der Treppenstufen gegeneinanderlegen, wenn die Rippen in ihrer ganzen Höhe in den Dichtungskörper eingedrückt sind. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist der Ventilkör per 3 über eine die elastische Kraft liefernde Dose 4 an einer Einstell- und Zentrierspindel 5 befestigt, wobei die Dose 4 als :geschlossene Federdose unter Verwen dung eines Wellrohres ausgebildet ist.
Zur genauen Einstellung des Ventilkörpers 3 sind in die Spindel 5 zwei Gewinde 5a und 5b mit verschiedener Ganghöhe eingeschnitten. Wird die Spindel gedreht, so verschiebt sich die .untere Abschlussplatte 4a der Dose 4 nur um die Differenz der Gewindesteigungen der beiden Ge winde. Dadurch ist eine sehr :genaue Einstellung ge währleistet. Ein glatter Teil 19 der Gewindespindel, der in einem Rohr 20 gleitet, dient zur Zentrierung des Ventilkörpers 3. Das Innere der Federdose 4 steht über eine Bohrung 21 in der Gewindespindel 5, die eine seitliche öffnung hat, und eine weitere Bohrung 22 in der Grundplatte la des Ventilgehäuses 1 mit dem durch das Ventil zu schützenden Raum in Verbindung.
Dadurch wird erreicht, dass die die Schliessung des Ventils einleitende Druckdifferenz vom Luftdruck in nerhalb des zu schützenden Raumes abhängig ist. Ist durch die Durchlassöffnungen des Ventils während des Anstiegs der Druckwelle bereits etwas Luft einge drungen, so dass innerhalb des Ventils bereits ein höherer Luftdruck herrscht als im zu schützenden Raum, so ist auf diese Weise für die Druckdifferenz, die die Schliessung des Ventils bewirkt, nicht die Diffe renz des Aussendrucks gegen diesen bereits erhöhten Druck im Ventil, sondern die Differenz des Aussen drucks gegenüber dem Druck im zu schützenden Raum massgebend. Dadurch ist eine weitere Sicherheit er zielt.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventils gemäss der Erfindung, das nur auf äusseren Überdruck anspricht. In diesem Fall ist nur ein hohl- kegelförmiger, mit Treppenstufen versehener äusserer Ventilsitz 2a erforderlich und der Ventilkörper 3 be sitzt nur an seiner dem äusseren Ventilsitz zugewand ten Aussenseite Treppenstufen. Im übrigen sind auch hier die der Figur 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Bei diesem Ventil ist ferner noch eine Feststellvorrichtung vorgesehen, die aus einem federbelasteten Stift 23 besteht, der bei geschlos senem Ventil in eine Aussparung 24 des Ventilkörpers einrastet. Durch diese Feststellvorrichtung wird das Ventil, auch wenn vollständiger Druckausgleich zwi schen Aussenraum und Innenraum eingetreten ist, ge schlossen gehalten, bis durch einen über die Öse 25 auf den Stift 24 ausgeübten Zug das Ventil zum Öffnen freigegeben wird.
Zum Unterschied vom Ausführungs- beispiel nach Fig. 4 verjüngen sich in diesem Fall Ven tilsitz und Ventilkörper nach innen, jedoch kann auch bei dieser nur einseitig wirkenden Ausführungsform auch die in Fig. 4 dargestellte Formgebung mit sich nach aussen verjüngendem Ventilsitz und Ventilkörper angewandt werden, ebenso wie beim doppelseitig wirkenden Ventil nach Fig. 4 ähnlich wie in Fig. 5 auch eine sich nach innen verjüngenden Formgebung an wendbar ist. Das Schnellschlussventil gemäss der Er findung ist besonders geeignet als Schutzventil, um hochwirksame Luftfilter, z.
B. Submikronfilter, die die Luft für die Normalbelüftung reinigen und die gegen Druckwellen sehr empfindlich sind, vor der Einwir kung von Druckwellen zu schützen. Anstatt den Schliessvorgang durch die auf die Platte 12 einwirken de Druckwelle einzuleiten, kann der Schliessvorgang auch mechanisch oder elektromagnetisch, etwa in Ab hängigkeit von der Licht-, Wärme- oder Druckwirkung, die von einer Explosion ausgeht und von einem Messinstrument aufgenommen wird, eingeleitet wer den. Auch in diesem Fall bleibt der Vorteil erhalten, dass ein Ansteigen der Druckdifferenz zwischen dem Aussen- und dem Innenraum eine Erhöhung der das Ventil geschlossen haltenden Schliesskraft bewirkt.