DE102004056365A1

DE102004056365A1 - Ventil mit variablem Bewegungsraum

Info

Publication number: DE102004056365A1
Application number: DE200410056365
Authority: DE
Inventors: Peter Jähn
Original assignee: MINGATEC GmbH
Current assignee: MINGATEC GMBH, 45478 MUEHLHEIM, DE
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil, umfassend ein Gehäuse mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Kanal, der zwei Teilkanäle umfasst, die über einem Verbindungsraum miteinander verbunden sind, wobei in dem Verbindungsraum ein beweglicher Schließkörper, das untere Ende einer Ventilstange und ein Ventilsitz angeordnet sind, durch den einer der Teilkanäle in den Verbindungsraum mündet, wobei dieser Teilkanal, insbesondere mit dem Schließkörper im Querschnitt verringerbar und/oder verschließbar ist und wobei zwischen Ventilsitz und unterem Ende der Ventilstange ein Bewegungsraum ausgebildet ist, in dem der Schließkörper beweglich ist, wobei der Bewegungsraum (8) kleiner ist als der Verbindungsraum (6) und durch eine Veränderung des Abstandes zwischen unterem Ende der Ventilstange (7) und des Ventilsitzes (14) variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil umfassend ein Gehäuse mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Kanal, der zwei Teilkanäle umfasst, die über einem Verbindungsraum miteinander verbunden sind, wobei in dem Verbindungsraum ein beweglicher Schließkörper, das untere Ende einer Ventilstange und ein Ventilsitz angeordnet sind, durch den einer der Teilkanäle in den Verbindungsraum mündet, wobei dieser Teilkanal, insbesondere mit dem Schließkörper im Querschnitt verringerbar und/oder verschließbar ist und wobei zwischen Ventilsitz und unterem Ende der Ventilstange ein Bewegungsraum ausgebildet ist, in dem der Schließkörper beweglich ist.
Bekannt sind manuell zu betätigende Absperrventile, Rückflussverhinderer bzw. Rückschlagventile und Überströmventile. Absperrventile werden nicht nur manuell sondern auch mit pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Antrieben automatisch betätigt. Eine besondere Ventilausführung sind Sicherheitsventile, die mit einer definierten Federkraft eine Stoffdurchströmung verhindern.

Aus der DE 69715429 ist ein direkt gesteuertes Kugelventil bekannt, bei dem eine bewegliche Kugel durch eine Stange, die durch einen Kolben betätigt wird, aus dem Dichtsitz gestoßen wird und den Durchfluss im Ventilkörper freigibt. Die Stange befindet sich im geöffneten Ventil immer im Strömungsquerschnitt und erzeugt einen Druckverlust. Wird die Stange mit Kolben zurückgefahren, fällt die Kugel durch ihr Eigengewicht in die Hauptströmung des Fluids und wird von ihr in den Dichtsitz gedrückt. Diese Ventilausführung ist lageabhängig, so dass bei falscher Einbaulage das Ventil nicht funktioniert und der Durchfluss nicht gestoppt wird.

In DE 10161388 ist ein mittels Druckfluiden gesteuertes Ventil beschrieben, welches im Aufbau sehr viele Einzelteile und Dichtungen hat, so dass die Herstellung sehr aufwendig und teuer ist. Das Ventil hat eine frei bewegliche Kugel als Schliesskörper in einem Verbindungsraum zwischen zwei Teilkanälen, wobei der durchströmende Stoff am Schließkörper vorbeiströmen muss, um dann in einem weiteren Ventilbauteil den Ausströmkanal passieren zu können. Der Durchströmkanal des Ventils verläuft durch mehrere Ventilteile, die alle unter einander abgedichtete werden müssen, so dass aufgrund des langen und komplexen Strömungskanals hohe Druckverluste entstehen und das Ventil viele schlecht durchspülbare Bereiche hat. Der Bewegungsraum des Schließkörpers ist durch die Wandungen des Verbindungsraumes definiert und begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neues Ventil zu entwickeln, bei dem die Schließfunktion durch unabhängige und oder parallel wirkende Mechanismen erfolgt, so dass zum Stand der Technik eine höhere Funktionssicherheit der Armatur erreicht wird.

Das Schließen des Ventils oder das Absperren eines durchströmenden Stoffes soll mit geringem Kraftaufwand möglich sein, um den Einsatz bei selbst hohen Differenzdrücken zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung des Ventils zu ermöglichen, so dass die für den automatischen Betrieb erforderlichen Antriebe kleine Abmessungen haben. Im Anlagenbau werden für das benötigte Sicherheitsniveau mehrere bekannte Armaturen mit unterschiedlichen Funktionen hintereinander installiert, um die benötigte Sicherheit gegen z. B. ein Versagen des Ventils beim Absperrvorgang eines Stoffstroms zu erhalten, oder auch ein nicht bestimmungsgemäßes Rückströmen des Stoffes zu verhindern. Deshalb gehört auch zur Aufgabe, die im Moment benötigte Anzahl der installierten Armaturen in einer Anlage durch Ventile mit Mehrfach – Schließfunktionen zu reduzieren, ohne den sicheren Betrieb der Anlage zu schmälern. Ein Ventil mit mehreren Funktionen oder Schliessmechanismen reduziert die Anzahl der nach dem Stand der Technik erforderlichen Armaturen und verringert den benötigten Platzbedarf, reduziert die Montage – Aufwendungen und die Kosten. Die Aufgabe der Erfindung wird erweitert ein kostengünstigeres Ventil zu entwickeln, welches mit wenigen Bauteilen ggf. mit modifizierten leicht wechselbaren Ventileinzelteilen, welches Mehrfachfunktionen hat und von einem Nicht-Fachmann zusammen gesetzt bzw. montiert und oder sogar repariert werden kann. Ein besonderes Problem der bekannten Armaturen ist die Standzeit und Haltbarkeit des Ventilsitzes sowie die der Ventilspindeldichtung, so dass auch in diesem Punkt eine Verbesserung erfolgen muß.

In automatisierten Anlagen werden Armaturen mit sicherheitstechnischen Überwachungsfunktionen benötigt, so dass neben der Primäraufgabe ein verbessertes zuverlässig dichtschliessendes Ventil zu entwickeln, auch die Adaption von Sensoren und oder Überwachungselementen einfach möglich sein sollte. Gerade der Einsatz von Armaturen in Produktionsanlagen der chemischen pharmazeutischen Industrie, in Abfüllanlagen sowie in der Lebensmittelindustrie stellen hohe Anforderungen an die Funktionssicherheit, Dichtigkeit, Standzeit und an eine hohe Schließdynamik. Unter Schließdynamik ist eine extrem kurze Schalt- oder Reaktionszeit zwischen AUF- und ZU- Stellung der Armatur zu verstehen. Des Weiteren müssen die Ventile hinsichtlich der Lebensdauer und -erwartung verbessert werden, um eine hohe Anzahl von Schaltzyklen unter extremen Prozeßbedingungen zu erreichen, ohne das Ventilsitz und Ventilspindel- Dichtung undicht werden.

Erschwert wird die Aufgabe, dass bei Funktionsstörungen des Ventils die Möglichkeit geschaffen sein soll, das defekte Ventilteil, ohne grossen Aufwand, von einem Nicht- Fachmann reparieren zu lassen. Dadurch können Doppelinstallationen in einer Anlage vermieden werden, die Vorhaltung von Ersatzventilen wird reduziert und begrenzt sich auf wenige Ventileinzelteile. Die Anlagenverfügbarkeit erhöht sich deutlich.

Aus Herstellersicht und aus Anwendersicht ist eine Ventilmodulbauweise wünschenswert, dadurch können Fertigungskosten reduziert und die Ventile preiswerter werden.

Dies Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Bewegungsraum kleiner ist als der Verbindungsraum und durch eine Veränderung des Abstandes zwischen unterem Ende der Ventilstange und des Ventilsitzes variierbar ist.

Ein erfindungsgemäßes Ventil kann ein Gehäuse mit durchströmbaren Kanal umfassen in dem eine bewegbare Ventilstange hineinragt, um den aus einer Hauptströmungsrichtung kommenden Fluss einer Flüssigkeit oder eines Gases oder Fluids zu unterbrechen, wobei das Ventil ein Gehäuse und mindestens einen lösbaren Deckel umfassen kann, das Gehäuse mindestens zwei von einander unabhängigen Kanalabschnitte bzw. Teilkanäle mit jeweils einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für das Fluid und mindestens einen, einseitig geöffnetem Verbindungsraum bzw. Verbindungskanal umfasst und der Verbindungsraum mindestens zwei unabhängige Kanalabschnitte miteinander verbindet, so dass unabhängige Kanalabschnitte und Verbindungsraum zusammen einen für das Fluid durchströmbaren Kanal bilden, wobei von der inneren Seite des Deckels eine bewegbare Stange durch die Deckelwandung bis nach Aussen geführt ist und ein Abschnitt der Stange sich im Verbindungsraum befindet, um im Verbindungsraum zwischen bewegbarer Stange und Strömungsquerschnitt der Austrittsöffnung oder Eintrittsöffnung eines Kanalabschnittes, einen im Verhältnis zum Verbindungsraum kleineren variierbaren Bewegungsraum zu bilden, der einen frei beweglichen Schliesskörper aufnimmt und den Schliesskörper ständig gefangen hält.

Das Volumen des Bewegungsraums kann mit der Stangenbewegung variierbar verändert werden, um mit dem im Bewegungsraum gefangenen beweglichen Schließkörper, der bevorzugt immer mindestens einen Kontaktpunkt oder eine Kontaktlinie zum Bewegungsraum hat, im kleinsten Bewegungsraum den Strömungsquerschnitt eines Kanalabschnittes zu verschliessen und um bei grösser werdendem Bewegungsraum, synchron zur Stangenbewegung und in Wirkrichtung des Fluiddrucks von der Hauptströmungsrichtung den durchströmbaren Kanal durch Anheben des Schließkörpers wieder zu öffnen.

Hierbei kann bevorzugt der Bewegungsraum so positioniert sein, dass bei einer Umkehrströmung der Schließkörper durch sein Eigengewicht in die Endlage des kleinsten Bewegungsraumes und damit in den Ventilsitz fällt. Alle zur Atmosphäre angrenzende Kontaktflächen zwischen Gehäuse, Deckel und Stange können mit Dichtungen versehen sein, um das Ventil bei hohen Drücken und oder im Vakuum mit flüssigen und oder gasförmigen Fluiden betreiben zu können.

Die bevorzugt mit der Hauptströmungsrichtung gleichgerichtete öffnenden Stangenbewegung in axialer Richtung der Ventilstange vergrössert den Bewegungsraum des Schließkörpers, so dass der durchströmende Stoff den Schließkörper aus dem Dichtsitz heben kann. Dabei müssen das Eigengewicht des Schließkörpers und die Reibung an der Kontaktlinie oder den Kontaktpunkten zwischen Schließkörper und der Stange bzw. deren unterem Ende und ggf. der Kontaktpunkt bzw. die Kontaktlinie im Ventilsitz, gleichbedeutend mit der Endlage im kleinsten Bewegungsraum, überwunden werden, so dass der Durchflusskanal frei gegeben wird.

Der entstehende Strömungswiderstand bzw. Druckverlust verringert sich mit zunehmend grösser werdendem Bewegungsraum des Schließkörpers. Durch die Bewegung der Stange gegen die Hauptströmungsrichtung wird der Bewegungsraum bis zur festen durchflussversperrenden Endposition des Schließkörpers reduziert, gleichbedeutend mit der Schliessstellung des Ventils. Der Schließkörper ist dann in den Ventilsitz gedrückt und bildet dort eine dichtende Linie zum Kanalabschnitt. Reicht die öffnende Kraft bzw. der Druck des Fluids in der Hauptströmungsrichtung nicht aus, um den Schliesskörper anzuheben, bleibt das Ventil in geschlossener Stellung. Erfolgt eine Rück- oder Gegenströmung durch das Ventil gegen die vorgesehene Hauptströmungsrichtung, so fällt der Schliesskörper aufgrund seines Eigengewichtes sofort in den Dichtsitz und versperrt automatisch den Durchfluss.

Das erfinderische Ventil hat zwei Mechanismen zum Schliessen, zum Einen die Funktion eines manuell betätigten AUF/ZU -Ventils durch die Bewegung der Stange und zum Anderen die Funktion eines Rückschlagventils bzw. eines Rückflußverhinderers. Aufgrund einer Umkehrströmung und der damit verbundenen Umkehrung des Differenzdruckes gegen die vorgesehene Hauptströmung, kann der bewegliche Schließkörper durch sein Eigengewicht in den Dichtsitz fallen und eine Rückströmung verhindern. Die auftretende Rückströmung verstärkt die Dichtwirkung des Schließkörpers aufgrund des Differenzdruckes der Rückströmung.

Insbesondere wird durch den Mechanismus eine doppelte Schließfunktion realisiert, so dass der schnellere, physikalisch ausgelöste Schließvorgang, und der etwas langsamere parallel einsetzende zweite Schließvorgang durch manuelle oder mechanische Krafteinwirkung auf die bewegbare Stange erfolgt. Beide Schliessmechanismen liegen zeitlich jedoch sehr nahe.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Ventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper nicht vollständig umströmt wird, bevorzugt wird das Volumen des Schließkörpers bis zu 90% umströmt und besonders bevorzugt wird das Volumen des Schließkörpers bis kleiner 70% umströmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils ist der Bewegungsraum dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsraum nur im Bereich der Stangenachse variierbar ist, in dem im oberen und oder unteren Bewegungsraum eingesetzt werden und die Federkräfte auf den Schliesskörper wirken und ihn in eine bevorzugte Position drückt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils ist der Bewegungsraum dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsraum dreidimensional variierbar ist, so dass der Schließkörper im geöffneten Zustand des Ventils eine zur Stangenachse aussermittige Position einnehmen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils ist der Verbindungskanal oder Verbindungsraum vollständig im lösbaren Deckel eingebracht, so dass im Gehäuse nur die unabhängigen Kanalabschnitte sind und das Gehäuse den Verbindungskanal schliesst.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils befindet sich der Verbindungskanal oder Verbindungsraum verteilt im Deckel und im Gehäuse.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils ist der Verbindungskanal oder der Verbindungsraum vollständig im Gehäuse eingebracht, so dass der Deckel den Verbindungskanal verschliesst.

Der lösbare Deckel kann mit dem Gehäuse mit Befestigungselementen verbunden sein, dazu können beispielsweise Schrauben, Gewindestangen oder Klemmelemente verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils hat aufgrund der Bewegbarkeit der Stange der Bewegungsraum drei in seiner Ausdehnung variierbare Achsen, die X-Achse, gleichgerichtet mit der Stangenachse, sowie die sich synchron veränderbare Y-Achse und Z-Achse, so dass die Ausdehnung der X-Achse die Ausdehnung der Y-Achse und Z-Achse bestimmt.

Die bevorzugte Ausdehnung der X-Achse ist abhängig von den Geometrien des Schliesskörpers, der Vertiefung des unteren Stangenabschnittes und des Ventilsitzes. Daher wurde ein Öffnungs-Quotienten ermittelt, aus dem Produkt von Dichtlinie im Ventilsitz multipliziert mit der X-Achsenausdehnung dividiert durch den Strömungsquerschnitt im Ventilsitz.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil gekennzeichnet, dadurch dass der Öffnungs-Quotient einen Wert hat von 0,5 bis 3, bevorzugt 0,75 bis 2,5 und besonders bevorzugt von 0,75 bis 1,5.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils, ist die bewegbare Stange (7) in mindestens zwei Stangenabschnitte gegliedert, so dass es in dieser Ausführungsform einen unteren Stangenabschnitt gibt, der vollständig im Verbindungskanal sitzt, einen mittleren Stangenabschnitt, der durch die Wandung des Deckels geführt ist, und einen oberen Stangenabschnitt, außerhalb des Ventils, um dort eine Verstellkraft wirken zu lassen, die eine axiale Bewegung der Stange verursacht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der bewegbaren Stange (7) hat der untere Stangenabschnitt (20) einen vergrösserten Durchmesser, um ein Herausdrehen der Stange aus dem erfindungsgemässen Ventil zu verhindern.

In einer weiteren Ausführung ist der untere Stangenabschnitt mit dem mittleren Stangenabschnitt (21) beweglich verbunden, so dass der untere Stangenabschnitt nur zwangsweise zur Stangenachse bewegt wird.

In einer bevorzugten Ausführung der eingearbeiteten Vertiefung in der Stirnfläche des unteren Stangenabschnittes sind mindestens zwei Schlitze eingearbeitet.

Bei vergrössertem Durchmesser des unteren Stangenabschnittes kann während der Öffnungsbewegung des Ventils, die Stange nur soweit axial bewegt werden, bis dass der untere vergrösserte Stangenabschnitt mit seinem abgesetzten Zylinder die innere Deckelfläche (13) berührt. Die Deckelfläche (13) bildet einen mechanischen Anschlag für die bewegbare Stange und gleichzeitig eine im Durchströmkanal liegende Sicherung gegen das ungewollte Herausdrehen der beweglichen Stange.

Die bewegbare Stange wird im Folgenden auch als Ventilspindel bezeichnet.

Das axiale Bewegen oder das Verschieben der Stange bzw. der Ventilspindel erfolgt durch eine am oberen Stangenabschnitt wirkende Kraft, die durch manuelle oder automatische bzw. ferngesteuerte Dreh-, Hub- oder Kippbewegung erzeugt wird.

Der mittlere Stangenabschnitt kann beispielsweise mit einem Gewinde versehen werden, um eine preiswerte manuelle Verstellung der Stange zu bewirken, und so eine Veränderung des Bewegungsraumes im Verbindungskanal möglich ist. Eine automatische ferngesteuerte Bewegung der Stange kann durch Pneumatik-, Elektro- oder durch Hydraulikantriebe erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Deckels verläuft die Stangenachse der Stange in der Deckeldurchführung außerhalb der Mitte des Deckels und dadurch auch ausserhalb der Mitte des Verbindungskanals, so dass die Ausdehnung der Stangenachse mittig durch den Bewegungsraum verläuft und das Zentrum des Strömungsquerschnittes der Austrittsöffnung schneidet und dabei einen Winkel α von 90 Grad zur Ebene des Strömungsquerschnittes bildet.

In einer besonderen Ausführungsform der Stange, befindet sich in der produktberührten Stirnseite des unteren Stangenabschnittes eine konkave Vertiefung bzw. eine Aushöhlung, die den Schließkörper teilweise umgibt und während der Durchströmung mit Fluid ständig Kontakt hat.

Die Vertiefung des unteren Stangenabschnittes oberer Teil des Bewegungsraumes.

In einer speziellen Ausführungsvariante hat der Verschlusskörper die Form einer Kugel, und der Kugeldurchmesser ist grösser als der Durchmesser des Querschnittes der Austrittsöffnung des Kanalabschnittes, so dass im geschlossenen Zustand des Ventils der hinein ragenden Teil des Schließkörpers von der Austrittsöffnung des Kanalabschnittes umgeben wird und der Austrittsbereich des Kanalabschnittes Teil des unteren Bewegungsraumes ist und die Position des Schließkörpers bei kleinsten Bewegungsraum gleichbedeutend mit dem Ventilsitz ist.

Bei geöffnetem Ventil und bei ausreichend grossem Fluiddruck aus der Hauptströmungsrichtung, hebt sich der frei bewegliche Schließkörper aus der Austrittsöffnung des Kanalabschnittes, wird in der Aufwärtsbewegung von der Vertiefung durch einen Kontakt geführt, und gibt den Strömungsquerschnitt des Kanalabschnittes frei. Aufgrund dessen ist der für den Schließkörper aufnehmende Querschnitt des unabhängigen Kanalabschnittes gleichzeitig der Ventilsitz des erfinderischen Ventils.

In einer speziellen Ausführungsform ist der Durchmesser des Strömungsquerschnittes im Ventilsitz, zum Durchmesser des zugehörenden unabhängigen Kanals konisch erweitert, so dass der Dichtsitz aus einer Geometriekombination, bestehend aus Kugelabschnitt und Kegelstumpf besteht, wobei vorzugsweise der Kegelstumpf im Gehäuse des Ventils ist und der Kugelabschnitt Teil des Schliesskörper ist.

Bevorzugt ist ein Ventil bei dem der zum Verbindungskanal angrenzende Strömungsquerschnitt des Einströmkanals kegelförmig erweitert ist und einem Winkelbereich β von 90 Grad bis 170 Grad aufweist, besonders bevorzugt ist ein Winkelbereich β von 100 Grad bis 160 Grad.

In einer speziellen Ausführungsform ist der Durchmesser des Ventilsitzes des Kanalabschnittes kleiner als der Durchmesser des Verschlusskörpers, so dass im geschlossenen Zustand des Ventils das Volumen des Verschlusskörpers um mehr als 5% bis 50% vom Kanalabschnitt umgeben ist, in besonders bevorzugten Ausführungen wird das Volumen des Schließkörpers um mehr als 5% bis 35% vom Kanalabschnitt umgeben, so dass der Ventilsitz mit zugehörigem unabhängigen Kanalabschnitt immer Teil des unteren Bewegungsraumes ist.

In einer speziellen Ausführungsform der Stange, ist die produktberührte Stirnseite des unteren Stangenabschnittes konkav ausgehöhlt um die Vertiefung zu bilden, die das Volumen des Verschlusskörpers um mehr als 5% bis 75% umgibt, in bevorzugten Ausführungen wird das Volumen des Verschlusskörpers um mehr als 5% bis 50% und in besonders bevorzugten Ausführungen um mehr als 10% bis 50% umgeben, so dass die Vertiefung des unteren Stangenabschnittes immer Teil des oberen Bewegungsraumes ist.

In einer speziellen Ausführung hat die Vertiefung bzw. Aushöhlung die Form einer Halbkugel, eines Kegels oder einer Kombination aus Kugelabschnitt und Kegel, wobei der größte Durchmesser der Aushöhlung zum Durchmesser des Schließkörpers grösser ist, so dass der Durchmesser der Vertiefung um das 1,1-fache bis zum 2,5- fachen zum Durchmesser des Schließkörpers vergrössert ist, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser der Vertiefung um das 1,2-fache bis zum 1,75-fachen zum Durchmesser des Schließkörpers vergrössert, um den hineinragenden Schließkörper während der Stangenbewegung immer zu führen und den Bewegungsraum begrenzt zu halten.

In einer speziellen Ausführung des Ventils bilden Ventilsitz, Querschnitt der Austrittsöffnung, bewegbare Stange, variierbarer Bewegungsraum und Winkel α in ihrer Positionierung oder Lage zu einander eine Funktionseinheit, die vom Drehpunkt, der sich auf der verlängerten Stangenachse befindet, um einen Winkelbereich β von +/– 2 Grad bis +/– 45 Grad geneigt werden können, bevorzugt um einen Winkelbereich β von +/– 2 Grad bis kleiner +/– 15 Grad und besonders bevorzugt um einen Winkelbereich β grösser +/– 1 Grad bis kleiner +/– 15 Grad geneigt sind. Aufgrund der Lageveränderung der Funktionseinheit über den Winkel β hebt sich der frei bewegliche Schliesskörper in geöffneter Ventilstellung aufgrund des Eigengewichtes und der Strömungskraft bevorzugt in eine seitliche Lage innerhalb des Bewegungsraumes, so dass Strömungsverluste im Ventilsitz verringert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Schließkörpers ist dadurch gekennzeichnet, das der Schließkörper eine Kugel, ein Kegel mit angesetztem Zylinder oder ein Kegel mit angesetztem Ring ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Schließkörpers ist dadurch gekennzeichnet, das der Schließkörper hohl ausgebildet ist, so dass der öffnende Differenzdruck im Ventilsitz kleiner wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Schließkörpers ist dadurch gekennzeichnet, das der Schließkörper eine Hohlkugel ist in der eine kleinere bewegliche Kugel eingelagert ist.

Durch das Einlagern einer kleineren beweglichen Kugel in einer Hohlkugel wird der Massenschwerpunkt des Schließkörpers aus dem Zentrum verlagert, so dass eine bevorzugte seitliche Öffnungsposition des Schließkörpers innerhalb des Bewegungsraumes eingenommen wird.

In einer besonders kompakten Ausführung des Ventils, ist ein Antrieb für die Bewegung der Stange direkt am Deckel des Ventils integriert. Der Deckel ist etwas stärker ausgebildet, so dass der obere Stangenabschnitt im Antriebsraum endet und eine lösbare Scheibe aufnehmen kann, die den Antriebsraum in zwei Steuerräume, einen unteren Steuerraum und einen oberen Steuerraum, teilt. Der Steuerraum wird mit einer Abschlussscheibe verschlossen, so dass der obere Steuerraum mit Druck beaufschlagt werden kann. Die lösbare Scheibe ist zum oberen Stangenabschnitt und auf seinem Umfang mit elastischen Dichtungen abgedichtet, um oberen und unteren Steuerraum unabhängig mit Druck beaufschlagen zu können. Gleichzeitig ist die Scheibe mit einem lösbaren Befestigungselement zum oberen Stangenabschnitt versehen, welches gleichzeitig zur Abschlussscheibe einen begrenzenden Anschlag bildet. Im Deckel sind seitliche Öffnungen eingebracht um die Steuerräume mit einem steuernden Druckfluid beaufschlagen zu können.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Deckels ist dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel so ausgebildet ist um die Funktion eines pneumatischen oder hydraulischen Antriebs zu übernehmen, um eine platzsparende Fernsteuerung des Ventils zu ermöglichen.

Durch den integrierten Antrieb ist der mittlere Stangenabschnitt mit mindestens zwei Dichtungen zum Deckel abgedichtet, so dass zwischen den Dichtungen mindestens ein Leckage- Kanal vorhanden ist, um die Funktion der Dichtung zu überwachen.

Bei einigen Anwendungen kann es von Vorteil sein, dass in der Abschlussscheibe eine axiale Verstellmöglichkeit mit Feststelleinheit vorgesehen wird, um den maximalen Hubweg der Stange variabel zu verkleinern und zu begrenzen.

Gegenstand der Erfindung ist ebenso ein Ventil, umfassend ein Gehäuse mit eingearbeitetem durchströmbaren Kanal, einen lösbaren Deckel, durch den eine bewegbare Ventilspindel oder Ventilstange geführt ist, um den von der Hauptströmungsrichtung kommenden Fluss des Fluids im Ventil zu unterbrechen, wobei das Ventil ein Gehäuse und einen lösbaren Deckel, mit mindestens zwei von einander unabhängigen Kanalabschnitten mit jeweils einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für das Fluid umfasst, wobei jeder unabhängige Kanal im rechten Winkel verläuft und sich beide Kanäle gegenüber liegen, und mindestens ein einseitig geöffneter Verbindungsraum oder Verbindungskanal sich vollständig im Deckel befindet, um die unabhängigen Kanalabschnitte miteinander zu verbinden, so dass die unabhängigen Kanalabschnitte und der Verbindungskanal gemeinsam einen für das Fluid durchströmbaren Durchflußkanal bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Hülse in einen unabhängigen Kanal unlösbar oder lösbar eingesetzt ist und die Hülse in der trennenden Ebene zwischen Gehäuse und Deckel innerhalb des Verbindungsraumes endet und Teil des unteren Bewegungsraumes ist und den Ventilsitz bildet.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Hülse in den unabhängigen Kanal unlösbar oder lösbar eingesetzt ist und ein Teil der Hülse über der Trennebene von Gehäuse und Deckel erhaben in den Verbindungsraum hervorsteht.

Der Ventilsitz, gebildet durch eine eingesetzte Hülse, wird als Verschleisssteil des Ventils ausgebildet um einen einfachen und preiswerten Austausch bzw. eine Reparatur des Ventils bei Undichtigkeit zu ermöglichen. Aus diesem Grunde kann die eingesetzte Hülse aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, bevorzugte Werkstoffe sind Kunststoffe wie Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere, Metalle und Nichteisenmetalle, sowie Keramik und andere besonders hochwertige metallische Legierungen.

Bevorzugt hat der Hülsenwerkstoff eine höhere Härte als der Werkstoff des Schließkörpers.

Eine betriebliche Anforderungen an eine Armatur ist auch, dass zum Beispiel ein Öffnen des Ventils erst ab einem definierten Fluiddruck erfolgt, wobei der Fluiddruck dabei grösser ist als der aus dem Schließkörpergewicht resultierende Druck.

Eine spezielle Ausführungsform des Ventils ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bewegungsraumes der Schliesskörper mit mindestens einer Druckfeder ausgerüstet ist, so dass die Druckfeder parallel zur X-Achse der Stange eine zusätzliche Kraft ausübt, und die Kraft grösser ist als das Eigengeweicht des Schliesskörpers, so dass eine Fluid- Durchströmung erst bei erhöhtem Druck möglich ist.

Der Schliesskörper kann in speziellen Ausführungsformen einseitig oder beidseitig mit Federelementen mit unterschiedlicher Federkraft versehen sein, so dass die Federelemente je nach Fluiddruck ausgewählt und eingesetzt werden können.

Dabei kann es vorteilhaft sein, dass innerhalb der Vertiefung des unteren Stangenabschnittes, also im oberen Bewegungsraum, einen Federführung vorgesehen wird. Unterhalb des Schliesskörpers kann der unabhängige Kanalabschnitt ebenfalls eine Feder aufnehmen die im unteren Bewegungsraum auf den Schließkörper wirkt. Werden zwei unterschiedlich starke Federn eingesetzt, wirken die Federkräfte gegeneinander, so dass die führende, grössere Federkraft je nach Prozessanforderung oberhalb oder unterhalb des Schliesskörpers positioniert werden kann. Die Positionierung der Federn und die so wirkende Kraft kann gerichtet werden, in dem z.B. Bolzen, Stifte oder Kugeln als zusätzliche Hilfsführungselemente vorgesehen werden.

Die bewegliche Stange kann bei besonders hohen Anforderungen an die Dichtheit des Ventils so ausgeführt werden, dass der untere Stangenabschnitt zum Deckel mit einem Faltenbalg oder einer Membran versehen ist, so dass die benötigte Anzahl von Dichtungen reduziert wird. Aufgrund der geringen axialen Stangenbewegung zwischen geöffnetem und geschlossenem Ventil können die dynamisch belasteten Dichtungen durch einen Faltenbalb oder eine Membran entfallen, so dass die Standzeit des Ventils erhöht wird.

Weiterhin kann die dynamisch belastete Dichtung der beweglichen Stange durch eine Membranen oder einen Faltenbalg ersetzt werden.

In einer besonderen Ausführungsform ist das Ventil dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseblock mit parallel, hintereinander und oder übereinander angeordneten unabhängigen Kanalabschnitten mit mindestens zwei Verbindungsräumen, zwei bewegbaren Stangen und zwei Schliesskörpern hat, um Mehrfach- Ventilblöcke zu erhalten, mit dem mindestens zwei unabhängige Fluide abgesperrt werden können.

In einer weiteren speziellen Ausführungsform sind das Ventil und oder der Ventilblock dadurch gekennzeichnet, dass neben den erfinderischen Ventilmerkmalen das Gehäuse mit weiteren Kanälen und oder Anschlussmöglichkeiten versehen ist, um Temperatur- und oder Drucksensoren direkt am Gehäuse zu adaptieren.

Das neue erfinderische Ventil bietet in der Ausführung eines Blockventils die Möglichkeit mehrere Ventilfunktionen und oder unterschiedliche Armaturenfunktionen auf engstem Raum zu kombinieren und als einheitliche Montageeinheit oder -block zu verwenden, so dass beispielsweise unterschiedliche Funktionskombination möglich sind, wie die Kombinationen von Regelventil mit vor- und nachgeschaltetem Absperrventil, Sicherheitsventil und parallelen Absperrventilen und sogar die Kombination von Regel- oder Steuerventilen mit vor- und oder nachgeschalteten Kugel- oder Kükenhähnen. Insbesondere vorteilhaft ist dabei die schon integrierte Funktionalität in Form des Rückflussverhinderers um die Funktionssicherheit der erfinderischen Blockventile zu erhöhen. In der industriellen Anwendung sind derartige Ventilkombinationen häufig anzutreffen, so das bei Verwendung dieser kombinierten Blockventile mit Mehrfachfunktionen erhebliche Kostenvorteile möglich sind. Die zusätzliche Möglichkeit Anschlussstutzen für die Adaption von Sensoren am Blockventil vorzusehen, schafft dann für Anlagenbetreiber funktionale Aktor-/Sensorventilblöcke mit integrierten manuell zu betätigenden Absperrventilen mit beweglichem Schliesskörper und variablen Bewegungsraum.

Daher ist ein erfinderischer Ventilblock ist einer bevorzugten Ausführung dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ventilblock mindestens ein erfinderisches Ventil mit allen seinen Merkmalen mit weiteren Sensoren und Aktoren kombiniert ist und einen Aktor-/Sensorventilblock bildet.

Die einzelnen Komponenten des Ventils können aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden, um den betrieblichen Korrosionsanforderungen standzuhalten. Es können dabei metallische, nichtmetallische Werkstoffe, Legierungen, Kunststoffe aber auch z.B. Keramik oder Glas eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Ventil findet Anwendung in der chemischpharmazeutischen Industrie, Lebensmitteltechnik und in der Kraftwerkstechnik, weil die technische Auslegung durch Druck und Temperatur nur durch die Werkstoffeigenschaften begrenzt ist. Besondere Vorteile bietet das Ventil, wenn mehrere Ventilfunktionen aus der betrieblichen Aufgabenstellung und den sicherheitstechnischen Forderungen gewünscht sind und die erforderlichen bekannten Armaturen durch die neue Ventiltechnik in der Anzahl deutlich reduziert werden können ohne an Sicherheit und Funktionalität zu verlieren. Insbesondere bei der Konzeption von Ventilblöcke können verschiedene Aufgabenstellungen in einem Ventilgehäuse realisiert werden, so dass der Anwender in der Anlage Platz und Montageaufwand spart.

In der Abfülltechnik werden parallel angeordnete Ventile eingesetzt, die kurze Schliesszeiten benötigen und zusätzlich hohen Schaltzyklen unterworfen werden. Diese Anforderungen können mit dem erfinderischen Ventil erfüllt werden, da aufgrund des geringen Schaltweges zwischen AUF- und ZU-Stellung die benötigte Schaltzeit extrem kurz ist. Des Weiteren verringert sich der Dichtungsverschleiss, so dass hohe Taktraten erzielt werden. Selbst wenn der Dichtsitz verschliessen sein sollte, ist es dem Betreiber leicht und schnell möglich, den Austausch der Hülse vorzunehmen. Mit den Blockventilausführungen sind auch Mehrstoff-Düsen realisierbar, wobei mindestens zwei Komponenten angeschlossen und innerhalb des Blockes in einem abführenden Kanal vereinigt werden. Der abführende Kanal ist in der Lage einen zusätzlichen Mischer aufzunehmen, um eine direkte Vermischung der Komponenten zu ermöglichen.

Insbesondere bieten sich die Ventile für kompakte, platzsparende und multifunktionale Ventile oder Armaturen an. Neben der doppelten Funktionalität, zum Einen das Schliessen aufgrund einer Krafteinwirkung und zum anderen das Schliessen aufgrund einer Strömungsumkehrung, können zusätzliche Sensoren an Ventilgehäusen angebracht werden, so dass erhebliche Montageleistung in verfahrenstechnischen Anlagen entfallen können.

Das erfinderische Ventil kann in seinem Aufbau auch die Funktion eines Sicherheitsventils oder eines Überströmventils erfüllen, insbesondere bietet der verschmutzungsunempfindliche Dichtsitz mit der beweglichen Kugel und das einfache Einstellung bzw. Vorspannen der Feder auf einen gewünschten Ansprechdruck grosse Vorteile.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind den nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 den Aufbau des Ventils
1a das Ventil im geöffneten Zustand, so dass der Schliesskörper den Ventilsitz frei gibt
1b den Bewegungsraum bei geöffneter Ventilstellung
1c den Bewegungsraum mit Verschlusskörper im Ventilsitz
2, 2a, 2b, 2c unterschiedliche Ausführungsvariationen der bewegbaren Stange teilweise mit Schliesskörper
3, 3a verschiedene Gehäuse ohne Bewegungsraum
3b ein 2fach-Blockventil mit zwei durchströmbaren Kanälen
4 ein Ventil, wobei im Deckel ein Antrieb integriert ist,
5, 5a, 5b verschiedene Ausführungen von Blockventilen
5c eine Ventilausführung mit mehreren Schliesskörpern, in
6, 6a ein schematisches Ventil gezeigt, wobei der Schliesskörper mit Federn in eine bevorzugte Stellung des Bewegungsraumes gedrückt wird.
Beispiel 1
In der 1 u. 1a ist das erfinderische Ventil dargestellt. In den Figuren ist zu erkennen, dass im Gehäuse 1 zwei unabhängige Kanäle 3, 3' eingearbeitet sind, denen ein Verbindungsraum 6 bzw. ein Verbindungskanal zugeordnet ist, damit ein Duchflusskanal für das Fluid aus der Haupströmungsrichtung 10 gebildet ist. Die unabhängigen Kanäle sind geknickt oder abgewinkelt, und der zum Verbindungsraum angrenzende Strömungsquerschnitt 5 ist erweitert um einen Ventilsitz 14 zu bilden. Jeder einzelne unabhängige Kanal 3, 3' hat eine Eintrittsöffnung 4, 4' und eine Austrittsöffnung 5, 5'.
Oberhalb des Gehäuses ist lösbar der Deckel 2 aufgesetzt und mit Befestigungselementen 12 verbunden. Der Deckel schliesst den offenen Teil des Verbindungsraumes 6. In der Kontaktebene zwischen Deckel und Gehäuse ist eine Dichtung 11' positioniert, um bei Druck im Innern des Ventils keine Leckage nach aussen zu ermöglichen. Durch den Deckel ist die bewegbare Stange 7, die bis in den Verbindungsraum ragt, geführt.
Die Stange 7, siehe 2, ist unterteilt in drei Abschnitte, der mittlere Stangenabschnitt 21, er befindet sich im wesentlichen im Deckel, während der untere Abschnitt 20 ausschliesslich im Verbindungsraum ist. Der untere Stangenabschnitt ist mit seinem Durchmesser grösser als die übrigen Stangenanschnitte. Daher muss die Stange vor der Deckelmontage von der inneren Seite des Deckel eingesetzt werden, so dass anschliessend erst der Deckel auf das Gehäuse montiert werden kann. Die bewegbare Stange kann aufgrund des dickeren unteren Abschnitts nicht mehr aus dem Ventil heraus bewegt werden, es können weitere Sicherungen gegen das Herausbewegen der Stange entfallen. In der 1 befindet sich zwischen Stirnseite 24 der Stange 7 und Austrittsöffnung des Kanals 3 der freibewegliche Schliesskörper 9. Der Schliesskörper ist in der 1 in der geschlossenen Ventilstellung fixiert oder eingespannt dargestellt, so dass ein Fluidstrom unterbrochen wird. In dieser Position befindet sich der Schliesskörper im Ventilsitz 14, gleichbedeutend mit dem tiefsten unteren Punkt des Bewegungsraumes.
Sobald die Spindel in die X-Achsen – Richtung bewegt wird, erhält der Schliesskörper die Möglichkeit der dreidimensionalen Bewegung, es bildet sich der Bewegungsraum 8 aus. Der Schliesskörper kann dann durch die Fluidströmung angehoben werden und den Strömungsquerschnitt freigeben. Die bewegbare Stange kann nur bis zur Deckelfläche 13 bewegt werden, da der untere Stangenabschnitt 20 einen grösseren Durchmesser hat als die Deckeldurchführung.
Am mechanischen Anschlag des unteren Stangenabschnittes hat der Bewegungsraum des Schliesskörpers seine grösste Achsenausdehnung. Dieser Endzustand ist so bemessen, dass der Schliesskörper seinen grössten Bewegungsraum hat, aber ihn nicht verlassen kann, der Schliesskörper bleibt durch einen ständigen punkt- und oder linienförmigen Kontakt im Bewegungsraum gefangen.
In 1 ist die Stangendichtung 11 im unteren Stangenabschnitt vorgesehen, so dass die Dichtung die Stangenbewegung mit vollzieht. Die Stangendichtung kann jedoch auch wahlweise im Deckel eingebracht werden. Die 1a zeigt das Ventil aus 1, jedoch in geöffneter Stellung. Es ist deutlich zu erkennen, dass der unter Stangenabschnitt die untere Deckelfläche 13 berührt, und der Schliesskörper, bei durchströmenden Fluid aus der Hauptströmungsrichtung 10, in die Vertiefung des unteren Stangenabschnittes gedrückt wird und den Strömungsquerschnitt bzw. den Ventilsitz 14 frei gibt. Der Bewegungsraum 8 hat nun die maximale Achsausdehnung und Grösse. Um eine Rückströmung durch das Ventil zu verhindern, wenn die Fluidströmung im Ventil umkehrt, sollte die Ebene des Dichtsitzes im rechten Winkel (α = 90 Grad) zur Stangenachse 23 stehen, so dass der Schliesskörper durch sein Eigengewicht direkt in den Ventilsitz fällt, und den nicht gewollten Fluidstrom unterbricht.
Der Anwender hat zusätzlich die Möglichkeit, durch eine entsprechende manuelle oder ferngesteuerte Stangenbewegung den Schliesskörper in den Ventilsitz zu drücken, um den Strömungsquerschnitt im Verbindungsraum zu schliessen. In 1a ist vorgestellt, dass die Möglichkeit besteht, die bewegbare Stange, den Dichtsitz und den gefangenen Schliesskörper um einen Winkel β um den Drehpunkt 16 zu kippen.
In der 1 und 1a befindet sich der Verbindungsraum 6 vollständig im Gehäuse 1.
In den 1b und 1c wird der Schliessmechanismus des Ventil näher erklärt. Insbesondere wird durch den Mechanismus eine doppelte Schliessfunktion ermöglicht, so dass der schnellere Schliessvorgang physikalischer Art ist, und der etwas langsamere zweite Schliessvorgang durch mechanische Krafteinwirkung auf die bewegbare Stange erfolgt. Beide Schliessmechanismen liegen zeitlich jedoch sehr nahe.
In der 1b ist der obere Bewegungsraum 8 mit innerem Schliesskörper dargestellt. Der Schliesskörper wird teilweise von der Vertiefung 25, hier eine kegelige Vertiefung oder Aushöhlung, im unteren Stangenabschnitt 20 der Stange 7 umgeben. Im unteren Bewegungsraum ist der Strömungsquerschnitt des unabhängigen Kanals 3 im Gehäuse 1 gezeigt. Des Weiteren ist die gedachte Hauptströmungsrichtung gekennzeichnet. Es ist sichtbar, dass der Schliesskörper 9, sich in Richtung aller Achsen bewegen kann und dabei immer einen führenden Kontaktpunkt oder eine Kontaktlinie als Begrenzung hat. Der Verbindungsraum, ist in der 1b nicht dargestellt, er befindet sich zwischen oberen und unteren Ende des Bewegungsraumes, in Verlängerung der Z- und Y- Achse des Bewegungsraumes.
In der 1c ist die gleiche Situation dargestellt, jedoch ist der Bewegungsraum verändert. Die eingebrachte Vertiefung im unteren Stangenabschnitt hat die Form einer vergrösserten Halbkugel, die den verkleinerten Schliesskörper zu grossen Teilen aufnehmen kann. Daher ist die Vertiefung mit ihrem ganzen Volumen Teil des Bewegungsraumes geworden. Der untere Bewegungsraum ist nur geringfügig verändert, in dem die ausströmende Querschnittsfläche des Kanals 3 erweitert wurde und sich der Ventilsitz 14 ausbilden kann. Aufgrund des kleineren Durchmessers des Schliesskörpers ist der Bewegungsraum, beispielsweise der eingesetzten Kugel, in Z- und Y- Achse grösser.
In den 2, 2a, 2b, 2c sind verschiedene Stangenausführungen gezeigt, wobei insbesondere der untere Stangenabschnitt 20 variiert wird. Insbesondere in 2a und Fig. b wird die physikalische Schliessfunktion durch mechanische Komponenten, durch eine obere Feder 27 verstärkt, wobei eine mögliche Federknickung durch ein innenliegendes Führungselement 29, welches in den Schliesskörper eingreift, verhindert wird. Eine etwas veränderte Ausführungsvariante ist in 2b, dort wirkt die Feder 28 auf ein dickeres Führungselement 29, wobei das Führungselement in den Schliesskörper 9 und in den unteren Stangenabschnitt eingreift, und über eine eingelegte Kugel 29' im Schliesskörper die Federkraft gerichtet auf den Schliesskörper wirkt.
2c ist ähnlich wie 2b, jedoch hat die Vertiefung die Form eines Kegels.
Beispiel 2
In der 3 und 3a sind insbesondere das Gehäuse 1 dargestellt mit zwei unabhängigen Kanälen (3), die die Form eines rechten Winkels haben. Der erforderliche Verbindungskanal, befindet sich in dieser Ausführungsform des Ventils vollständig im Deckel (3a). In der 3a ist der Deckel mit bewegbarer Stange oder Spindel und Schliesskörper mit unterbrochenen Linien dargestellt. In dem Beispiel ist eine Hülse (15) oder Hohlzylinder zur Bildung des Ventilsitzes 14 eingesetzt, die in 3a in der angrenzenden Ebene zum Verbindungskanal endet. In der 3 ragt die Hülse teilweise aus dem Gehäuse, so dass sie nach der Deckelmontage in den Verbindungsraum ragt.
Die 3b stellt beispielhaft den Aufbau eines Blockventils (30) dar, wobei im Gehäuse alle Kanalabschnitte eingebracht sind und jeweils zwei Kanalabschnitte mit einem Deckel verschlossen werden.
Beispiel 3
In der 4 ist ein Eckventil mit integriertem Antrieb dargestellt. Es ist der Deckel (40) so ausgebildet das ein Antriebsraum (41) entsteht, in dem der obere Stangenabschnitt hineinragt, so dass eine Scheibe (42) eingesetzt werden kann um den Antriebsraum in einen oberen Steuerraum (44) und in einen unteren Steuerraum (45) zu teilen. Die Scheibe ist lösbar mit einem Befestigungselement (47) an der Stange befestigt. Befestigungselemente können zum Beispiel eine Gewindescheibe, eine Mutter oder ein Seegering sein. Ist das Befestigungselement so gewählt, dass es erhaben über den oberen Stangenabschnitt ragt, dient es gleichzeitig als hubbegrenzendes Element für die maximale Stangenbewegung. Der obere Steuerraum ist mit einer Abschlussscheibe (45) verschlossen. Die Abschlußscheibe ist mit Dichtungen (46) versehen, so dass unterer und oberer Steuerraum unabhängig von einander mit Druck beaufschlagt werden können. In der Abschlußscheibe ist eine Verstelleinrichtung (54) eingesetzt, die bis in den oberen Steuerraum ragt, so dass die Stangenbewegung und somit der Bewegungsraum des Schließkörpers verändert werden kann. Die Verstelleinrichtung ist in dem Beispiel mit einer Feststelleinrichtung (55) versehen. Die Dichtungen (52, 53) in Verbindung mit den Leckage-Kanälen (50, 51) ermöglichen die Überwachung der Dichtungsfunktionalität.
Für die jeweilige Beaufschlagung der Steuerräume mit einem Druckfluid sind seitliche Öffnungen (48, 49) vorgesehen.
Beispiel 4
In den 5 bis 5c sind verschiedene Ausführungsvarianten von Blockventilen gezeigt. Die 5 zeigt eine Variante bei der zwei unterschiedliche Stoffe in das Gehäuse auf separatem Wege zugeführt werden, nach dem passieren des Dichtsitzes in einen gemeinsamen Kanalabschnitt gelangen und aus einer gemeinsamen Austrittsöffnung heraus strömen. Diese Ventil-Blockausführung eignet sich besonders für die Zusammenführung von Reaktivstoffen, die mit einander reagieren und einen neuen Stoff erzeugen. Der gemeinsame ableitende Kanalabschnitt kann z. B. einen Statikmischer aufnehmen um beide Stoffströme homogen zu vermischen. In 5a wird ein Blockventil vorgestellt mit einem zentralen zuführenden und absperrbaren Kanalabschnitt, wobei der zu geführte Stoffstrom dann in mehrere Ströme unterteilt werden kann und jeder ableitende Kanalabschnitt absperrbar und regulierbar ist. Der zentrale zuführende Kanal wird in dieser Darstellung durch den Deckel geführt. In der 5b ist ein ähnliche Blockventil gezeigt, jedoch verläuft der zuführende Kanalabschnitt vollständig im Ventilblock.
In 5c ist eine weitere beispielhafte Variante dargestellt. Es werden mehrere unterschiedliche Stoffströme einem Gehäuseblock zugeführt, alle Teilströme sind synchron absperrbar und oder regulierbar, und alle Teilströme über einen gemeinsamen Kanalabschnitt das Blockventil verlassen.
Beispiel 5
6 und 6a zeigt die Positionierung des Schliesskörpers durch eingesetzte Druckfedern. In 6a ist der Schliesskörper (9) zwischen zwei Federn (28, 28') eingespannt, dabei reduziert sich der Bewegungsraum auf eine Achse. Die Federn können unterschiedliche Kräfte erzeugen, so dass zu jedem Arbeitspunkt des Ventils, eine Schliesskörperstellung definiert werden kann.
In 6 ist das Gehäuse (1), der Deckel (2) mit der Stange (7) und der Bewegungsraum (6) dargestellt, der Schliesskörper ist hohl ausgebildet.

1: Gehäuse
2: Deckel
3, 3': Unabhängiger Kanalabschnitt
4, 4': Eintrittsöffnung
5, 5': Austrittsöffnung
6: Verbindungskanal, Verbindungsraum
7: Stange
8: Bewegungsraum
9: Schliesskörper
10: Hauptströmungsrichtung
11, 11': Dichtungen
12: Befestigungselemente
13: Deckelfläche
14: Ventilsitz
15: Ventilhülse, Ventilzylinder
16: Drehpunkt für Winkel ⎕
20: Unterer Stangenabschnitt
21: Mittlerer Stangenabschnitt
22: Oberer Stangenabschnitt
23: Stangenachse
24: Stirmfläche der unteren Stange
25: Vertiefung, Aushöhlung
26: Schlitze im unteren Stangenabschnitt
27: Feder
28, 28': Feder
29, 29': Führungselemente, Führungsstift, Führungskugel
30: Gehäuseblock
40: Deckel
41: Antriebsraum
42: Scheibe
43: Unterer Steuerraum
44: Oberer Steuerraum
45: Abschlussscheibe
46: Dichtungen
47: Befestigungselement
48, 49: Öffnungen
50, 51: Leckage-Kanal
52, 53: Dichtung
54: Verstelleinrichtung, Verstellmöglichkeit
55: Feststelleinheit

Claims

Ventil umfassend ein Gehäuse mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Kanal, der zwei Teilkanäle umfasst, die über einem Verbindungsraum miteinander verbunden sind, wobei in dem Verbindungsraum ein beweglicher Schließkörper, das untere Ende einer Ventilstange und ein Ventilsitz angeordnet sind, durch den einer der Teilkanäle in den Verbindungsraum mündet, wobei dieser Teilkanal, insbesondere mit dem Schließkörper im Querschnitt verringerbar und/oder verschließbar ist und wobei zwischen Ventilsitz und unterem Ende der Ventilstange ein Bewegungsraum ausgebildet ist, in dem der Schließkörper beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsraum (8) kleiner ist als der Verbindungsraum (6) und durch eine Veränderung des Abstandes zwischen unterem Ende der Ventilstange (7) und des Ventilsitzes (14) variierbar ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Schließkörpers (9) innerhalb des Bewegungsraumes (8) begrenzt ist durch Kontakt an Kontaktpunkten und/oder Kontaktlinien zwischen einerseits Ventilsitz (14) und Schließkörper (9) und andererseits zwischen unterem Ende der Ventilstange (7) und Schließkörper (9).
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkanäle (3, 3') unterhalb des unteren Endes der Ventilstange (7) in den Verbindungsraum (6) münden.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bewegungsraum (8) gefangene bewegliche Schließkörper (9) im kleinsten Bewegungsraum den Strömungsquerschnitt eines Kanalabschnittes (3, 3'), insbesondere den Ventilsitz (14) verschließt und bei grösser werdendem Bewegungsraum (8), insbesondere synchron zur Stangenbewegung, in Wirkrichtung des Fluiddrucks von einer Hauptströmungsrichtung (10), den durchströmbaren Kanal durch Anheben des Schließkörpers (9) öffnet und der Bewegungsraum (8) so positioniert ist, dass bei Umkehrströmung der Schließkörper (9) durch sein Eigengewicht in die Endlage des kleinsten Bewegungsraumes fällt.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (9) nicht vollständig umströmt ist, insbesondere wobei das Volumen des Schließkörpers (9) bis zu 90% umströmt und besonders bevorzugt bis kleiner 70% umströmt ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließkörper (9) federbeaufschlagt ist, insbesondere mittels wenigstens einer Feder (28) in eine bevorzugte Position gedrückt wird, insbesondere wodurch der Bewegungsraum (8) nur in axialer Richtung der Ventilstange (7) variierbar ist
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (28, 28') im oberen und/oder unteren Bereich des Bewegungsraums (8) eingesetzt ist/sind, insbesondere am/im unteren Ende der Ventilstange (7) und/oder am/im Schließkörper (9) angeordnet ist/sind.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsraum (8) dreidimensional variierbar ist, insbesondere derart, dass durch den Schließkörper (9) im geöffneten Zustand des Ventils eine zur Ventilstangenachse (7) aussermittige Position einnehmbar ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsraum (6) vollständig im einem lösbaren Deckel (2) des Ventilgehäuses (1) eingebracht ist, so dass das Gehäuse (1) die Teilkanäle (3, 3') umfasst und das Gehäuse (1) den Verbindungsraum (6) schliesst.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsraum (6) verteilt im Deckel (2) und im Gehäuse (1) angeordnet ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsraum (6) vollständig im Gehäuse (1) eingebracht ist, so dass der Deckel (2) den Verbindungskanal/-raum (6) verschliesst.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsraum (8) drei in seiner Ausdehnung variierbare Achsen aufweist, die X-Achse, gleichgerichtet mit der Ventilstangenachse (23), sowie die sich synchron veränderbare Y-Achse und Z-Achse, so dass die Ausdehnung der X-Achse die Ausdehnung der Y-Achse und Z-Achse bestimmt.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs-Quotient einen Wert hat von 0,5 bis 3, bevorzugt 0,75 bis 2,5 und besonders bevorzugt von 0,75 bis 1,5.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer Ventilstangenabschnitt (20) einen vergrösserten Durchmesser aufweist, um ein Herausdrehen der Ventilstange (7) aus dem Ventil zu verhindern.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer Ventilstangenabschnitt mit einem mittleren Stangenabschnitt (21) beweglich verbunden ist, so dass der untere Stangenabschnitt nur axial bewegbar ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche des unteren Endes der Ventilstange (7) eine Vertiefung (25) aufweist, insbesondere in die wenigstens zwei Schlitze (26) eingearbeitet sind.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Deckelfläche (13) einen mechanischen Anschlag bildet für einen oberen Absatz eines vergrössertem unteren Ventilstangesabschnittes, insbesondere um so die Öffnungsbewegung des Ventils zu begrenzen und/oder eine Sicherung gegen das ungewollte Herausdrehen der Ventilstange zu bilden.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (7) ausserhalb der Mitte des Verbindungsraumes (6) angeordnet ist, wobei die Ventilstangenachse mittig durch den Bewegungsraum (8) verläuft und das Zentrum des Strömungsquerschnittes der Austritts-/Eintrittsöffnung (5) eines Teilkanales (3, 3') schneidet und dabei einen Winkel α von 90 Grad zur Ebene des Strömungsquerschnittes bildet.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer auf den Schließkörper (9) weisenden Strinseite des unteren Endes der Ventilstange (7) eine konkave Vertiefung (25) bzw. eine Ausnehmung/Aushöhlung angeordnet ist, die den Schließkörper (9) teilweise umgibt und insbesondere während der Durchströmung mit Fluid ständig Kontakt hat.
Ventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das die Ausnehmung/Aushöhlung (25) das Volumen des Schließkörpers (9) um mehr als 5% bis 75% umgibt, in bevorzugten Ausführungen um mehr als 5% bis 50% und in besonders bevorzugter Ausführung um mehr als 10% bis 50%, insbesondere so dass die Ausnehmung/Aushöhlung (25) des unteren Ventilstangenabschnittes Teil des oberen Bereiches des Bewegungsraumes ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (9) die Form einer Kugel aufweist, und der Kugeldurchmesser grösser ist als der Durchmesser des Querschnittes der Austrittsöffnung (5) eines Teilkanales (3, 3'), so dass im geschlossenen Zustand des Ventils der hinein ragenden Teil des Schließkörpers (9) von der Austrittsöffnung (5) des Teilkanales (3) umgeben wird und der Austrittsbereich des Teilkanales (3) Teil des unteren Bewegungsraumes (8) ist und die Position des Schließkörpers bei kleinsten Bewegungsraum gleichbedeutend mit dem Ventilsitz (14) ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Strömungsquerschnittes im Ventilsitz (14), zum Durchmesser des zugehörenden unabhängigen Kanals (3, 3') konisch erweitert ist, so dass der Dichtsitz (14) einer Geometriekombination aus Kugelabschnitt und Kegelstumpf umfasst, wobei vorzugsweise der Kegelstumpf im Gehäuse des Ventils ist und der Kugelabschnitt Teil des Schliesskörper ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ventilsitzes (14) des Kanalabschnittes kleiner ist als der Durchmesser des Schließkörpers, so dass im geschlossenen Zustand des Ventils das Volumen des Schließkörpers um mehr als 5% bis 50% vom Kanalabschnitt (3) umgeben ist, in besonders bevorzugten Ausführungen um mehr als 5% bis 35% vom Kanalabschnitt (3) umgeben ist, insbeondere so dass der Ventilsitz mit zugehörigem unabhängigen Kanalabschnitt immer Teil des unteren Bewegungsraumes ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (25) bzw. Aushöhlung die Form einer Halbkugel, eines Kegels oder einer Kombination aus Kugelabschnitt und Kegel aufweist, wobei der größte Durchmesser der Ausnehmung/Aushöhlung zum Durchmesser des Schließkörpers grösser ist, insbesondere um das 1,1- fache bis zum 2,5-fachen zum Durchmesser des Schließkörpers vergrössert ist, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform um das 1,2-fache bis zum 1,75-fachen, insbesondere um den hineinragenden Schließkörper während der Stangenbewegung zu führen und den Bewegungsraum begrenzt zu halten.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilsitz (14), Querschnitt der Austrittsöffnung (5), bewegbare Stange (7), variierbarer Bewegungsraum (8) und insbesondere Winkel α in ihrer Positionierung oder Lage zu einander eine Funktionseinheit bilden, die einem Drehpunkt (16) auf der verlängerten Ventilstangenachse (23), um einen Winkelbereich β von +/– 2 Grad bis +/– 45 Grad neigbar ist, bevorzugt um einen Winkelbereich β von +/– 2 Grad bis kleiner +/– 15 Grad und besonders bevorzugt um einen Winkelbereich β grösser +/– 1 Grad bis kleiner +/– 15 Grad.
Ventil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Lageveränderung der Funktionseinheit über den Winkel β sich der frei bewegliche Schliesskörper (9) in geöffneter Ventilstellung aufgrund des Eigengewichtes und der Strömungskraft bevorzugt in eine seitliche Lage innerhalb des Bewegungsraumes hebt, so dass Strömungsverluste im Ventilsitz verringert werden.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (9) eine Kugel, ein Kegel mit angesetztem Zylinder oder ein Kegel mit angesetztem Ring ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (9) hohl ausgebildet ist, insbesondere so dass der öffnende Differenzdruck im Ventilsitz (14) verkleinert ist.
Ventil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (9) eine Hohlkugel ist in der eine kleinere bewegliche Kugel eingelagert ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilkanal (3, 3') einen rechtewinkligen Verlauf aufweist, sich beide Kanäle gegenüber liegen, und mindestens ein einseitig geöffneter Verbindungsraum (6) oder Verbindungskanal sich vollständig einem Deckel (2) befindet, um die Teilkanäle (3, 3') miteinander zu verbinden.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (15) in einem Teilkanal (3, 3') insbesondere lösbar eingesetzt ist und in der trennenden Ebene zwischen Gehäuse (1) und Deckel (2) innerhalb des Verbindungsraumes (6) endet und Teil des unteren Bewegungsraumes (8) ist und den Ventilsitz (14) bildet.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das eine Hülse (15) in einen Teilkanal (3, 3') insbesondere lösbar eingesetzt ist und ein Teil der Hülse (15) über der Trennebene von Gehäuse (1) und Deckel (2) erhaben in den Verbindungsraum hervorsteht.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenwerkstoff eine höhere Härte hat als der Werkstoff des Schließkörpers.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper mindestens eine Druckfeder (27, 28) aufweist, so dass die Druckfeder parallel zur X-Achse der Ventilstange eine zusätzliche Kraft ausübt, und die Kraft grösser ist als das Eigengeweicht des Schliesskörpers, insbesondere so dass eine Fluid- Durchströmung erst bei erhöhtem Druck möglich ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamisch belastete Dichtung der beweglichen Ventilstange (7) durch eine Membran oder einen Faltenbalg ersetzbar ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseblock (30) parallel, hintereinander und oder übereinander angeordnete unabhängigen Teilkanäle mit mindestens zwei Verbindungsräumen, zwei bewegbaren Stangen und zwei Schliesskörpern aufweist, um Mehrfach- Ventilblöcke zu erhalten, mit dem mindestens zwei unabhängige Fluide abgesperrt werden können.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit weiteren Kanälen und oder Anschlussmöglichkeiten versehen ist, um Temperatur- und oder Drucksensoren direkt am Gehäuse zu adaptieren.