DE102014009899A1

DE102014009899A1 - 4-Wegearmatur mit Dichtelement

Info

Publication number: DE102014009899A1
Application number: DE102014009899.0A
Authority: DE
Inventors: Axel Meier; Robert Stöber
Original assignee: Valco Engineering GmbH
Current assignee: Valco Engineering GmbH
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 4-Wegearmatur mit verbesserter Dichtung, und insbesondere Vorrichtung umfassend mindestens zwei der erfindungsgemäßen Armaturen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 4-Wegearmatur sowie eine Vorrichtung umfassend mehrere dieser Armaturen.
4-Wegearmaturen, d. h. Armaturen, die vier Öffnungen aufweisen, von denen je nach Schaltzustand der Armaturen jeweils zwei Öffnungen miteinander in Verbindung stehen, sind bekannt, beispielsweise aus DE 10 2010 034 070 .
In 1 ist eine konventionelle 4-Wegearmatur schematisch dargestellt. Durch die Anordnung von zwei Einlässen und zwei Auslässen an einem Gehäuse (1) können Fluidströme, die zu unterschiedlichen Teilen eines Fluidsystems gehören, umgeschaltet oder gewechselt werden. Die Fluidsysteme können sich bezüglich der eingesetzten Medien, Temperaturen und Drücken unterscheiden. Die Fluidsysteme sind dabei mittels eines Sperrelements (6), das typischerweise drehbar gelagert ist, getrennt. Durch Drehen des Sperrelements besteht die Möglichkeit des Umschaltens zwischen den Einlässen bzw. Auslässen, so dass die Fluide alternierend von den beiden Einlässen zu den beiden Auslässen geführt werden. In der Ventilstellung, wie in 1 angedeutet, kommunizieren beispielsweise Eingang (2) mit Ausgang (5) und Eingang (3) mit Ausgang (4). Durch Umschalten des Sperrelements durch Drehung, typischerweise um 90°, kann eine Kommunikation des Eingangs (2) mit Ausgang (3) und des Eingangs (4) mit Ausgang (5) erreicht werden.
Vorkehrungen zur Vermeidung von Toträumen, sowie Optimierung des Fluidflusses sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2010 034 070 .
4-Wegearmaturen werden typischerweise zum Umschalten von Fluid-, insbesondere Gasströmen, beispielsweise in der chemischen Industrie eingesetzt, um etwa bei Batch-Prozessen zwischen parallel arbeitenden Reaktoren umzuschalten. Wenn die Reaktion in einem Reaktor abgeschlossen ist, wird dieser außer Betrieb genommen und an seiner Stelle der andere Reaktor gestartet, in dem dann die Reaktion abläuft. Während dieser Phase wird der erste Reaktor, in dem die Reaktion abgeschlossen ist, entleert und anschließend mit Reaktanten neu befüllt. Zwischen den durch das Sperrelement innerhalb der Armatur getrennten Räumen, sowie beim Umschalten der Reaktoren können hohe Temperaturunterschiede bestehen. Trotz dieser Temperaturunterschiede muss die Armatur eine ausreichende Dichtigkeit zwischen den zu trennenden Räumen aufweisen.
Im Stand der Technik wird die Abdichtung zwischen dem Sperrelement und dem Gehäuse wie in 2 angedeutet mittels einer am Sperrelemente angeordneten, typischerweise elastischen, Dichtung realisiert. Die Richtung der Dichtkraft ist senkrecht zur Richtung der Bewegung des Sperrelements. Für den Aufbau der erforderlichen Dichtkraft wird typischerweise die Federkraft des Dichtelements eingesetzt, und das über die Welle in das Sperrelement eingebrachte Antriebsmoment hat keinen Einfluss auf die Dichtkraft. Gegebenenfalls können elastische Elemente, z. B. Federn, die Dichtkraft erhöhen. Derartige Dichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der Einsatz der Armatur für geringe Temperaturunterschiede, kleine Baugrößen und geringe Drücke begrenzt wird. Bei Temperaturunterschieden treten Veränderungen der Länge der Bauteile, insbesondere des Sperrelements auf, die den Abstand zwischen Sperrelement und Gehäuse verändern. Die Längenänderung steigt proportional mit dem Temperaturunterschied und der Dimension der Bauteile. Diese Längenänderung muss durch die am Sperrelement angebrachte Dichtung kompensiert werden, was jedoch nur in eng begrenzten Bereichen möglich ist. Typischerweise wird so der Einsatz von bekannten 4-Wegearmaturen auf Betriebstemperaturen unter 300°C und auf Armaturen kleiner Baugrößen beschränkt. Insbesondere bei Einsatz eines elastischen Dichtungselements aus einem Elastomer, das nur in bestimmten Grenzen die temperaturbedingte Längenausdehnung des Sperrelements ausgleichen kann, beschränkt hierbei die maximalen Betriebstemperaturen bzw. -drücke. Die Ausführungsformen des Dichtelements mit einer federnd gelagerten metallischen Dichtung weist für die meisten Einsatzfälle eine zu große Leckage auf. Das heißt, da das Dichtelement in den bekannten Armaturen die aus der Wärmeausdehnung resultierenden Längenänderungen kompensieren muss, jedoch noch ausreichend Flexibilität und Stabilität gegen Druckdifferenzen aufweisen muss, können nicht gleichzeitig hohe Temperaturdifferenzen und hohe Drücke realisiert werden. Desweiteren stellt sich das Problem bei bestimmten elastischen, am Sperrelement angeordneten Dichtungen, dass diese eine Drehung des Sperrelements immer in die gleiche Richtung erfordern. Ein Drehen in die entgegengesetzte Richtung führt zu Beschädigung oder Zerstörung der Dichtung. Aufgrund dieses Erfordernisses, dass beim Schalten der Armatur ständig in die gleiche Richtung gedreht werden muss, sind die am Markt zur Verfügung stehenden Armaturenantriebe nicht anwendbar, es müssen Sonderausführungen eingesetzt werden. Weiter besteht die Gefahr, dass beim Vertauschen der elektrischen Anschlüsse am Antrieb oder durch Falschbedienung die Armatur beschädigt werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag somit darin, eine Armatur zur Verfügung zu stellen, die die Probleme des Standes der Technik nicht aufweist, und insbesondere gleichzeitig hohe Betriebstemperaturen, hohe Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Fluidströmen und hohe Drücke, sowie größere Baugrößen (Nennweiten) und die Anwendung von marktüblichen Armaturenantrieben erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Armatur umfassend ein Gehäuse (1) mit mindestens einer ersten, zweiten, dritten und vierten Öffnung (2, 3, 4, 5) und ein Sperrelement (6), wobei mindestens zwei Räume (8, 8') innerhalb des Gehäuses (1) zwischen dem Sperrelement (6) und dem Gehäuse (1) vorgesehen sind, und das Sperrelement (6) um eine Drehachse (7) zwischen einer ersten und einer zweiten Position derart drehbar ist, dass in der ersten und in der zweiten Position die Verbindung zwischen jeweils zwei Öffnungen des Gehäuses (1) und einem der Räume (8, 8') derart ist, dass einer der Räume (8, 8') eine Verbindung zwischen den zwei Öffnungen des Gehäuses (1) herstellt, wobei das Sperrelement (6) nur zwischen der ersten und der zweiten Position um einem bestimmten Winkel α und nicht über die Positionen hinaus drehbar ist, das Sperrelement (6) in der ersten und in der zweiten Position mit einer Dichtung (9) in Kontakt tritt, das Sperrelement (6) mittels Dichtung (9) in der ersten und in der zweiten Position über die die Räume (8) und (8') gegeneinander abdichtet, und die Dichtung (9) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Armatur haben Wärmeausdehnungen aufgrund von Temperaturunterschieden keinen Einfluss auf das Bewegungs- und Abdichtverhalten des Sperrelements und der Dichtelemente. Das Sperrelement tritt nur in der ersten und der zweiten Position, d. h. in den Endstellungen, mit der Dichtung in Kontakt. Die Dichtung ist mit dem Gehäuse verbunden. Das Sperrelement weist bevorzugt die Form einer rechteckigen Platte auf. Vorzugsweise tritt hierbei die Dichtung an den Seitenflächen des Sperrelements, d. h. an den Flächen, die in der ersten und der zweiten Position jeweils zu den Räumen (8, 8') weisen, in Kontakt, und nicht mit den Querseiten. Hierdurch wird garantiert, dass bei Wärmeausdehnungen des Sperrelements die Dichtung nicht unzulässig verformt wird, und auch bei hohen Temperaturunterschieden eine einwandfreie Abdichtung zwischen den Räumen (8, 8') gewährleistet ist. Die Dichtkraft, d. h. die Kraft, mit der die Fläche des Sperrelements, die mit der Dichtung in Kontakt steht, auf die Dichtung gedrückt wird, wird somit lediglich durch die Kraft bestimmt und limitiert, mit der das Sperrelemente um die Drehachse gedreht wird, d. h. durch das Drehmoment des Antriebs der Armatur. Die Dichtkraft wird erfindungsgemäß somit nicht durch Änderung der Längenverhältnisse des Sperrelements und Gehäuse beeinflusst.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Armatur so ausgebildet, dass in der ersten Position

a) Öffnung (2) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8) ist, und Raum (8) in Verbindung mit der Öffnung (3) ist, und
b) Öffnung (4) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8') ist, und Raum (8') in Verbindung mit der Öffnung (5) ist, und in der zweiten Position:
c) Öffnung (2) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8) ist, und Raum (8) in Verbindung mit der Öffnung (5) ist, und
d) Öffnung (3) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8') ist, und Raum (8') in Verbindung mit der Öffnung (4) ist.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass, ausgehend von einer bekannten 4-Wegearmatur, die sich durch ein Gehäuse mit typischerweise mindestens vier Öffnungen und einem Sperrelement auszeichnet, mittels Veränderung der Anordnung des Dichtmechanismus die Einsetzbarkeit bezüglich Temperatur und Druck deutlich verbessert werden kann. Somit können die Vorteile des bekannten 4-Wegearmaturaufbaus, insbesondere der vorteilhaften Gängigkeit bei geringer Ausfall- und Klemmrate bei geringem Druckverlust und minimalen Toträumen mit einem breiten Spektrum an Betriebstemperaturen und -drücken, kombiniert werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Anordnung der Dichtung, die mit dem Gehäuse verbunden ist, erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform tritt das Sperrelement nur in der ersten und in der zweiten Position, d. h. in den Endstellungen, mit der Dichtung in Kontakt. Die Dichtung hat die Form eines Rahmens, der das Sperrelement am äußeren Bereich der Seitenfläche berührt. Die Dichtung bzw. das Dichtelement ist typischerweise im Gehäuse in Nuten oder an Stegen geführt und an diesem befestigt. Die Dichtung bzw. das Dichtelement kann fest oder einstellbar mit dem Gehäuse verbunden sein, und ist typischerweise als Rahmen mit Dichtelement ausgebildet. Die rahmenförmige Dichtung bzw. das Dichtelement besteht vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, wie es im Stand der Technik für entsprechende Zwecke der Abdichtung bekannt ist, oder einem elastischen Polymer. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Polymer um chemische resistente Elastomere, wie einem Polytetrafluorethylen (PTFE). Geeignete Polymere sind im Stand der Technik bekannt. Das Dichtelement kann zusätzlich federnd gelagert sein, d. h. mittels geeigneter Elemente, beispielsweise Federn, die im Rahmen fixiert sind und das Anliegen des Dichtelements am Sperrelement unterstützen.
Bei einer rahmenförmigen Dichtung, die aus einem elastischen Polymer besteht, dichtet diese sowohl zum Gehäuse als auch zum Sperrelement ab. Bei einer rahmenförmigen Dichtung, die aus einem metallischem Werkstoff besteht, ist die Abdichtung zwischen dem Sperrelement und der Dichtung Metall gegen Metall. Zwischen der rahmenförmigen Dichtung und dem Gehäuse wird vorzugsweise eine temperaturbeständige nichtmetallische Flach- oder Profildichtung angebracht.
Die rahmenförmige Dichtung ist fest mit dem Gehäuse verbunden, dies ermöglicht die Aufnahme hoher Kräfte, die durch über das die Welle in das Sperrelement eingebrachte Antriebsmoment auf die Dichtung ausgeübt werden können, und somit hohe Dichtigkeit.
Erfindungsgemäß kann in der Armatur das Sperrelement nur zwischen der ersten und der zweiten Position um einen bestimmten Winkel α gedreht werden, und nicht über die Positionen hinaus. Vielmehr tritt das Sperrelement in der ersten und zweiten Position, d. h. der Endstellung der Schaltstellungen der Armatur, mit der Dichtung in Kontakt. Der Rahmen der Dichtung verhindert typischerweise ein Drehen des Sperrelements über die Endstellungen hinaus. Der Winkel α ist in einer bestimmten Größenordnung, die durch die Form des Gehäuses vorgegeben ist, wählbar. Typische Werte für α sind 80° bis 100°, vorzugsweise 85° bis 95°. So sind in 6 zwei erfindungsgemäße Armaturen A und B angedeutet, die sich in der Größe des Winkels α unterscheiden. Der Winkel α wird durch die Anordnung der Dichtung, die an dem Gehäuse befestigt ist, innerhalb des Gehäuses bestimmt, und ist somit insoweit wählbar, als dass gewährleistet ist, dass das Sperrelement formschlüssig mit der Dichtung einer Abtrennung der Räume (8, 8') gewährleisten kann. Der Winkel α, d. h. der Winkel, der vom Sperrelement zwischen der ersten und der zweiten Position überstrichen wird, kann, muss aber nicht, symmetrisch zu einer der Öffnungen der Armatur angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Sperrelement symmetrisch zu einer der Öffnungen der Armatur angeordnet, d. h. bei einer Drehung von einer Endstellung um α/2 ist das Sperrelement parallel zumindest einer der beiden Geraden, die senkrecht durch mindestens zwei gegenüberliegende Öffnungen der Armatur verläuft.
Neben der erfindungsgemäßen Dichtung am Gehäuse der Armatur weist das Sperrelement entsprechende Dichtungen an der Aufhängung des Sperrelements, d. h. in den Lagern der Rotationsachse des Sperrelements, die die Rotation zum Umschalten der Schaltzustände der 4-Wegearmatur ermöglicht, auf. Derartige Dichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Auch weist die Armatur typischerweise an jeder Öffnung die im Stand der Technik gängigen Anschlüsse, beispielsweise Flansche, mit Möglichkeit zur Aufnahme von Dichtungen auf. Typische geeignete thermische und chemisch beständige Materialien für das Gehäuse und das Sperrelement sind bekannt, beispielsweise genannt seien Edelstahl, insbesondere hochlegierte Stähle.
Typische Nennweiten von Armaturen, wie sie in den typischen chemischen Prozessen in der Industrie eingesetzt werden, sind 50–1000 mm. Vorteilhafte Gesamtabmessungen der Armaturen ergeben sich entsprechend aus den in den Figuren angedeuteten Längenverhältnissen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse der erfindungsgemäßen Armatur beheizbar, insbesondere weist es einen Mantel zur Durchleitung eines Heizmediums auf. Der Mantel umfasst vorzugsweise im Wesentlichen das gesamte Gehäuse, die Außenseiten der Öffnungen und Zuleitungen zum Sperrelementraum, sowie die Außenseiten der Teile des Gehäuses, die mit dem Sperrelement in Kontakt treten. Bevorzugt ist auch das Sperrelement selbst beheizbar, beispielsweise durch vorhandene Kanäle im Inneren des Sperrelements, durch die ein Heizmedium geleitet werden kann. Typische Heizmedien sind Wasser oder Wasserdampf, d. h. der Mantel der Armatur bzw. die Kanäle des Sperrelements müssen typischerweise darauf ausgelegt sein, dass sie Wasserdampf mit Drücken von etwa 5–10 bar absolut, und Temperaturen von etwa 120–180°C aushalten. Durch die Beheizbarkeit des Armaturengehäuses und insbesondere des Sperrelements wird gewährleistet, dass keine Ablagerungen durch Kondensationen bzw. Anhaftungen durch die die Armatur passierenden Fluide auftreten, die die Funktion der Armatur beeinträchtigen können. So wird typischerweise bei Verfahren zur Schwefelrückgewinnung das Ankondensieren von Schwefel durch Heizen aller Elemente, die mit den Reaktionsgasen in Kontakt kommen, auf Temperaturen oberhalb des Schwefeltaupunkts gewährleistet. Typischerweise sind die Kreisläufe des Heizmediums und die von der Armatur gesteuerten Fluidströme getrennt.
Die erfindungsgemäße Armatur kann somit besonders vorteilhaft in Verfahren zur Schwefelrückgewinnung aus H₂S-haltigen Reaktionsgasen, wie beispielsweise in DE 10 2010 034 070 beschrieben, verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Armatur unterscheidet sich von denen des Standes der Technik, darin, dass das Sperrelement bei letzterem immer in die gleiche Richtung dreht, und die Endpositionen durch den Antrieb der Armatur festgelegt und gewährleistet sein müssen. Hingegen wird bei der erfindungsgemäßen Armatur das Sperrelement zwischen zwei Endpositionen hin- und herschaltet. Letzteres hat den Vorteil, dass der Antrieb mittels marktüblichen Armaturenantrieben erfolgen kann, und die Endpositionen eindeutig durch die Position des Sperrelements im Kontakt mit der Dichtung bestimmt und festgelegt werden kann. So können Undichtigkeiten aufgrund von Fehlern bei der Steuerung des Antriebs, die bei den bekannten Armaturen des Standes der Technik zu einer Fehlstellung des Sperrelements führen würden, vermieden werden.
In vielen bekannten Verfahren, bei denen 4-Wegearmaturen Anwendung finden, werden diese paarweise gekoppelt. Hierbei muss gewährleistet sein, dass beide gekoppelten Armaturen gleichzeitig geschaltet werden. Zur Gewährleistung der Anlagensicherheit wird die Kopplung typischerweise, wie in den 5 und 6 gezeigt, mechanisch über eine Kardanwelle realisiert. Der Antrieb befindet sich auf einer der beiden Armaturen. Die Kardanwellen haben bedingt durch die Größenverhältnisse der Anlage, in der die Armaturen eingebaut sind, typischerweise Längen zwischen zwei und sechs Metern. Mit der Kardanwelle wird die Antriebsbewegung auf das Sperrelement der zweiten Armatur übertragen. Außerdem kann sie zusätzlich einen möglichen Versatz zwischen den Achsen der beiden 4-Wege-Armaturen ausgleichen. Durch die zu übertragenden Drehmomente kommt es zu einer Torsion der Kardanwelle, die auch durch die konkreten Einbaubedingungen beeinflusst werden kann. Bedingt durch die Torsion der Kardanwelle ist die effektive Drehung des Sperrelements bzw. das Drehmoment auf das Sperrelement in der zweiten Armatur geringer als in der ersten Armatur, also in der Armatur, auf der sich der Antrieb befindet. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass dies ausgeglichen werden kann, wenn die Winkel (α) von zwei gekoppelten Armaturen unterschiedlich sind, d. h. die Winkel α zwischen den Endstellungen des Sperrelements von zwei gekoppelten Armaturen unterschiedlich groß sind. Vorzugsweise ist der Winkel (α') der zweiten Armatur kleiner als der Winkel (α) der Armatur auf der der Antrieb angebracht ist. Typische Unterschiede in den Winkeln, d. h. dem Winkel (α) und (α'), wie in 5 und 6 gezeigt, liegen im Bereich von 0.2° bis 3°, vorzugsweise im Bereich von 0.5° bis 2°, z. B. etwa 1°.
Die vorliegende Erfindung betrifft damit in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Vorrichtung, die mindestens zwei Armaturen wie vorher beschrieben umfassen, wobei sich die Armaturen im Winkel (α) unterscheiden. Typischerweise werden bei den Verfahren, bei denen gekoppelte 4-Wegearmaturen zum Einsatz kommen, die Sperrelemente mechanisch verbunden, typischerweise über eine Welle und gegebenenfalls entsprechende Kupplungen, insbesondere Freilaufkupplungen. Die Welle, die die Sperrelemente der gekoppelten Armaturen mechanisch verbindet, sowie die eingesetzte Kupplung werden typischerweise so ausgelegt, dass sie die Torsionsfestigkeit zum erforderlichen Betätigungsmoment der 4-Wegearmaturen gewährleisten können. Die Freilaufkupplung dient insbesondere auch zum Ausgleich des Einflusses der unterschiedlichen Einbauverhältnisse. Desweiteren kann die Freilaufkupplung Federelemente enthalten, die beim Schaltvorgang in Zwischenstellungen Schwingungen und Stöße absorbieren können.
Die erfindungsgemäße Armatur und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen die Vorteile auf, dass mittels der erfindungsgemäßen Anordnung der Dichtung am Gehäuse und ein Inkontakttreten an den Seitenflächen des Sperrelements die Dichtkraft durch das Drehmoment des Stellantriebs aufgebracht und gesteuert werden kann. Damit können höhere Druckdifferenzen abgedichtet werden, als dies durch Anordnung der Dichtung an der Stirnseite des Sperrelements erreicht werden kann. Desweiteren bietet dies die Möglichkeit der Ausbildung des Dichtelements aus einem metallischen Werkstoff, was den Einsatz der Armatur bei ausreichender Dichtigkeit bei höheren Temperaturen, insbesondere über 300°C erlaubt. Desweiteren kann durch die erfindungsgemäße Anordnung der Dichtung auf der der Fluidströmung zugewandten Seite des Sperrelements eine Vergrößerung des Spaltes zwischen Sperrelement und Gehäuse verwirklicht werden, der ein sicheres Schalten der Armatur auch bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Fluidströmungen gestattet. Dies ermöglicht auch die Ausbildung von größeren Armaturen mit entsprechend großen Längenausdehnungen. Schließlich erlaubt das Umschalten der Armatur zwischen zwei Endstellungen steuerungstechnisch Vorteile, da diese 4-Wegearmatur wie Klappen sich durch lediglich zwei Endstellungen schaltungstechnisch definieren lassen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Armatur werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Draufsicht einer bekannten 4-Wegearmatur.
2 zeigt den in 1 angedeuteten Ausschnitt des Kontaktes des Sperrelements (6) mit dem Gehäuse (1) über die Dichtung (9).
3 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen 4-Wegearmatur mit an dem Gehäuse angebrachten Dichtungen.
4 zeigt eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen 4-Wegearmatur, bei der die Dichtung (9), bestehend aus Rahmen (10) und Dichtelement (11), am Gehäuse (1) befestigt ist. Das Sperrelement (6) tritt in der gezeigten Endstellung mit dem Dichtelement (11) in Kontakt.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassend zwei Armaturen (A) und (B), die durch eine Welle (14) und eine Kupplung (15) mechanisch verbunden sind.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassend zwei Armaturen (A) und (B), die sich im Winkel α unterscheiden.
3 zeigt die Draufsicht einer bevorzugten Armatur der vorliegenden Erfindung mit vier Öffnungen (2, 3, 4, 5) und Sperrelement (6). Das Sperrelement (6) ist drehbar um die Drehachse (7) gelagert. In der gezeigten Endstellung, in der Öffnungen (2) und (5) bzw. (3) und (4) in Verbindung stehen, tritt das Sperrelement (6) mit der gehäuseseitigen Dichtung formschlüssig in Kontakt, wodurch ein Abdichten der Räume (8) und (8') gegeneinander verwirklicht wird. Der in 3 gezeichnete Ausschnitt (A) ist in 4 im Detail gezeigt. Die Dichtung (9) umfasst hierbei einen Rahmen (10), der mit dem Gehäuse (1) verbunden ist und das Dichtelement (11) trägt. Das Sperrelement (6) tritt in der gezeigten Endstellung mit dem Dichtelement (11) in Kontakt. Die Dichtkraft wird hierbei durch das auf das Sperrelement durch den Antrieb ausgeübte Drehmoment bestimmt, und durch die Dichtung, insbesondere durch den Rahmen (10) aufgenommen. Dies ermöglicht hohe Dichtkräfte, die eine Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Armatur auch bei hohen Druckunterschieden und Temperaturunterschieden gewährleistet.
5 zeigt eine bevorzugte Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfassend zwei Armaturen (A) und (B), von denen die Sperrelemente mechanisch über eine Welle (14) und eine Kupplung (15), vorzugsweise eine Freilaufkupplung, mechanisch verbunden sind. Dies gewährleistet eine synchrone Umstellung der beiden erfindungsgemäßen 4-Wegearmaturen, wie sie für zahlreiche industrielle Prozesse notwendig ist.
6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäß bevorzugte Vorrichtung, die zwei Armaturen, wie oben beschrieben, umfasst, wobei sich die Armaturen im Winkel α unterscheiden. Wie in der Figur angedeutet, wurde der Winkel α der Armatur (A) größer gewählt als der Winkel α' der Armatur (B). Über den unterschiedlichen Winkel α der Armaturen wird die Torsion der Welle kompensiert. Aufgrund der Auswahl zweier Armaturen mit unterschiedlichem Winkel α kann so ein gleichzeitiges Schließen der Armaturen durch Erreichen der Endposition der Sperrelemente ermöglicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010034070 [0002, 0004, 0019]

Claims

Armatur, umfassend ein Gehäuse (1) mit mindestens einer ersten, zweiten, dritten und vierten Öffnung (2, 3, 4, 5) und ein Sperrelement (6), wobei mindestens zwei Räume (8, 8') innerhalb des Gehäuses (1) zwischen dem Sperrelement (6) und dem Gehäuse (1) vorgesehen sind, und das Sperrelement (6) um eine Drehachse (7) zwischen einer ersten und einer zweiten Position derart drehbar ist, dass in der ersten und in der zweiten Position die Verbindung zwischen jeweils zwei Öffnungen des Gehäuses (1) und einem der Räume (8, 8') derart ist, dass einer der Räume (8, 8') eine Verbindung zwischen den zwei Öffnungen des Gehäuses (1) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (6) nur zwischen der ersten und der zweiten Position um einem bestimmten Winkel α und nicht über die Positionen hinaus drehbar ist, das Sperrelement (6) in der ersten und in der zweiten Position mit einer Dichtung (9) in Kontakt tritt, das Sperrelement (6) mittels der Dichtung (9) in der ersten und in der zweiten Position über die die Räume (8) und (8') gegeneinander abdichtet, und die Dichtung (9) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Armatur gemäß Anspruch 1, wobei in der ersten Position: a) Öffnung (2) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8) ist, und Raum (8) in Verbindung mit der Öffnung (3) ist, und b) Öffnung (4) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8') ist, und Raum (8') in Verbindung mit der Öffnung (5) ist, und in der zweiten Position: c) Öffnung (2) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8) ist, und Raum (8) in Verbindung mit der Öffnung (5) ist, und d) Öffnung (3) des Gehäuses (1) in Verbindung mit dem Raum (8') ist, und Raum (8') in Verbindung mit der Öffnung (4) ist.
Armatur gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Sperrelement (6) nur in der ersten und in der zweiten Position mit der Dichtung (9) in Kontakt tritt.
Armatur gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dichtung (9) einen Rahmen (10) und ein Dichtelement (11) umfasst.
Armatur gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dichtung (9) einen Rahmen (10) umfasst, und das Gehäuse (1) und der Rahmen (10) einstückig, einstellbar oder fest miteinander verbunden sind.
Armatur gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dichtung (9) ein Dichtelement (11) umfasst, das aus Metall oder einem elastischen Polymer besteht.
Armatur gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dichtung (9) ein Dichtelement (11) aufweist, das federnd gelagert ist.
Armatur gemäß einem der vorigen Ansprüche, bei der das Gehäuse (1) beheizbar ist, und insbesondere einen Mantel (12) zur Durchleitung eines Heizmediums aufweist.
Armatur gemäß einem der vorigen Ansprüche, bei der das Sperrelement (6) beheizbar ist, und insbesondere Kanäle (13) zur Durchleitung eines Heizmediums aufweist.
Vorrichtung umfassend mindestens zwei Armaturen gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei sich die Armaturen im Winkel α unterscheiden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Sperrelemente der Armaturen über eine Welle (14) und eine einstellbare Freilaufkupplung (15) mechanisch verbunden sind.
Verwendung einer Armatur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 in einem Verfahren zur Schwefelrückgewinnung aus H₂S-haltigen Gasen.