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Ventil mit drehbarem Ventilglied
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zur Steuerung von Leitungsverbindungen Die Erfindung betrifft ein
Flüssigkeitsventil zur Herstellung wählbarer und nach Programm steuerbarer Verbindungen
von Flüssigkeitsleitungen in Vorrichtungen zur Wasserreinigung (chemische Destillation,
Ionenaustausch od. dgl.) sowie für andere Anwendungen.
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Gemäß der Erfindung ist ein derartiges Ventil gekennzeichnet durch
einen Ventilkörper mit im wesentlichen ebener
Oberfläche, in welcher
Leitungen für die Flüssigkeitszufuhr, den Flüssigkeitsabzug sowie innere Verbindungsleitungen
münden; ein am Ventilkörper drehbar gelagertes Ventilglied mit einer an der Oberfläche
anliegenden Fläche und mit in dieser Fläche mündenden Uberbrückungskanälen zum Verbinden
der in der Oberfläche mündenden Leitungen in verschiedenen Kombinationen; und mittel
zum Herstellen einer hydraulischen axialen Anpressung zwischen den Flächen und zum
Unterbrechen dieser Anpressung für die Verdrehung des Ventilgliedes.
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Vorzugsweise ist eine Abzugsleitung für das Abziehen von während
der Drehung des Ventilgliedes austretender und die Oberflächen spülender Flüssigkeit
vorgesehen, wobei diese insbesondere als Vertiefung im zentralen Bereich der Oberfläche
des Ventilkörpers vorgesehen ist und mit Vertiefungen verbunden ist, die mit den
Uberbrückungskanälen des Ventilgliedes zusammenwirken.
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Die Mittel zum hydraulischen Anpressen des Ventilgliedes bestehen
vorzugsweise aus einem Kolben-Zylindersystem zwischen dem Ventilglied und dem Ventilkörper,
einer gedrosselten Zuführungsleitung zur ständigen Zuführung von Druckflüssigkeit,
insbesondere Wasser, zur Zylinderkammer und einer Abzugsleitung mit größerem Querschnitt
als die Zuführungsleitung, wobei letztere durch ein Elektroventil od. dgl.
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steuerbar ist, das den Abfluß jeweils für die Zeit einer
vorgesehenen
Drehung des Ventilgliedes öffnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Öffnungen der in der Oberfläche mündenden Leitungen auf zwei Kreisen angeordnet
und voneinander in jeweils gleichen Winkelabständen oder Vielfachen davon angeordnet
sind, und daß die Uberbrückungskanäle des Ventilgliedes radial angeordnet sind und
sich jeweils über die Differenz der Radien der beiden Kreise erstrecken und voneinander
ebenfalls in den genannten Winkelabständen oder Vielfachen davon angeordnet sind.
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Anhand der Zeichnungen wird eine Wasserreir igungsvorrichtung mit
einem Steuerventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Gesamtvorrichtung in perspektivischer Darstellung.
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Fig. 2 zeigt einen vertikalen Teilschnitt nach der Linie II-II von
Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt nach der Linie III-III von Fig.
2.
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Fig. 4 zeigt einen Horizontalschnitt nach der Linie IV-IV von Fig.
2.
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Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Grundplatte entsprechend der
Linie V-V von Fig. 2.
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Fig. 6 zeigt das Steuerventil im Vertikalschnitt.
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Fig. 7, 8, 9 und 10 zeigen den Ventilkörper in Draufsicht nach Vil-Vil
von Fig. 6 sowie im Horizontalschnitt in verschiedenen Ebenen.
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Fig. 11 zeigt eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des beweglichen
Teils des Verteilerventils.
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In den Zeichnungen ist mit 1 die Grundplatte der gesamten Vorrichtung
bezeichnet, die mit StandfUßen 3 versehen ist.
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Diese Grundplatte kann einstückig, d.h. in Vollmaterial, aus Kunstharz,
insbesondere auch transparentem Kunstharz, oder einem anderen geeigneten Werkstoff
bestehen. Auf der Grundplatte 1 ist ein Verteilerventil 5, das im folgenden noch
näher beschrieben wird, und eine vorzugsweise durchsichtige rohrförmige Kolonne
7 angeordnet, die das aus anionischem und kationischem Harz gemischte Reinigungsbett
enthält. Diese Kolonne ist mit einer oberen Endscheibe 9 versehen sowie mit einer
unteren Endscheibe 10, die an der Grundplatte 1 befestigt oder auch von dieser Grundplatte
selbst gebildet sein kann. Die Verbindung zwischen den beiden Endscheiben 9, 10
bzw. 9, 1 wird anstatt durch äußere Zugelemente durch zwei im Innern angeordnete
rohrförmige Zugelemente 12, 14 bewirkt, die gleichzeitig als Mittel für die Zu-
und Ableitung von Flüssigkeit zu bzw. von dem oberen Teil des Harzbettes dienen.
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Zu diesem Zweck sind in der oberen Endscheibe 9 und in der unteren
Endscheibe 10 oder in der Grundplatte 1 busnehmungen 16 und 17 ausgebildet, in denen
Anschlußstutzen 18, 19 angeordnet sind, die alle mit einem Innengewinde für die
lufnahie der mit Außengewinde versehenen Enden der rohrföraigen Zugstangen 12 bzw.
14 versehen sind. Die Anschlußatticke 18 weisen Je einen Dichtungsring zu beiden
Seiten einer Nut 18A auf, die als Kollektor zur Herstellung der Verbindung mit in
der Endscheibe 9 ausgebildeten Leitungen 20 ausgebildet ist,
während
die Anschlußstücke 19 der Endscheibe 10 eine durchgehende Bohrung aufweisen zur
Herstellung der Verbindung mit entsprechenden Bohrungen 22 der Grundplatte 1. Die
Leitungen 20 der oberen Endscheibe 9 münden in einen zentralen Durchlaß 24, an die
ein Verteiler oder Diffusor 26 im oberen Abschnitt der Kolonne angeschlossen ist.
Dieser Diffusor besitzt eine islembran 26A. Auch die untere Endscheibe 10 ist mit
einer Ausnehmung 27 versehen, die an eine in der Endscheibe ausgebildete Leitung
28 angeschlossen ist. Ferner ist in dieser Ausnehmung 27, die zentral zur rohrförmigen
Säule 27 angeordnet ist, ein lotrechtes Rohr 30 eingesetzt, welches an seinem oberen
Ende ein Verteilerkreuz 32 für das Einleiten der Flüssigkeit in die Säule bzw. das
Abziehen der Flüssigkeit trägt. Dieses Verteilerkreuz 32 ist auf einem Niveau angeordnet,
welches der Trennebene zwischen den kationischen und den anionischen Harzen entspricht,
wenn diese Harze in der Säule voneinander getrennt sind. In der unteren Endscheibe
sind ebenfalls Diffusoren 33 angeordnet, die an eine Sammelleitung 34 angeschlossen
sind, die in der Mitte koaxial zu dem Anschluß 28 mündet.
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Die rohrförmige Wand der Kolonne 7 ist in ringförmigen Nuten 35 der
Endscheiben eingesetzt mit vorzugsweise an der Außenseite angeordneten Dichtungsringen,
die eine Abdichtung ohne Anwendung einer Axialkraft bewirken. Die rohrförmigen Zugstangen
12, 14 nehmen die Zugbelastungen auf4 die von dem
hindurchfließenden
Wasser auf die Kolonne ausgeübt werden, wenn das Wasser unter Druck steht.
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Die gesamte Anordnung ist bezüglich ihrer äußeren Teile wesentlich
vereinfacht. Es fehlen äußere Zugelemente an der Kolonne 7, da die Endscheiben durch
die inneren rohrförmigen Zugelemente 12, 14 verbunden sind. Die Verbindungsleitungen
für die Zu- und Abflußmengen, die für die Zuführung zu dem Harzbett bzw. für das
Abziehen von dem Harzbett bestimmt sind, sind im wesentlichen sämtlich aus dem Vollmaterial
der Grundplatte 1 herausgearbeitet, aus der Anschlußstücke wie 36A für das Abziehen
bzw. 36B für die verschiedenen Eintrittsleitungen herausgeführt sind. Die obere
Endscheibe 9 weist lediglich das Anschlußstück 38 für die Zuführung des zu behandelnden
Wassers auf, dessen Abzug an einem Anschlußstück in der Grundplatte 1 erfolgt.
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Die Verteilereinheit 5 ist in den Einzelheiten in den Fig. 6 und
folgende dargestellt. An der Grundplatte 1 ist ein fester Ventilkörper 40 mittels
Schrauben 42 befestigt, die an einem flanschförmigen Teil des Ventilkörpers 40 angreifen
und in die Grundplatte 1 eingeschraubt sind. Mit 44 ist ein oberer Ventilkörper
bezeichnet, der mittels Zugelementen 46 an dem unteren Ventilkörper 40 befestigt
ist unter Zwischenfügung eines zylindrischen Mantels 48, der mit Dichtungsringen
versehen ist. Die Teile 40, 44, 48 definieren
eine Kammer 50, die
ein Lagergehäuse darstellt, mit einer vom unteren Ventilkörper 40 gebildeten Oberfläche
40A, die im wesentlichen eben und rechtwinklig zur Drehachse angeordnet ist. Im
Innern der Kammer 50 ist ein drehbares Ventilglied 52 angeordnet, das von außen
her (mit einer geeigneten Programmsteuerung) über einen axialen Ansatz 54 dieses
Ventilgliedes 52 betätigbar ist, und welches auf der gegenüberliegenden Seite eine
Fläche 52A aufweist, die sich gegen die Oberfläche 40A anlegt und von dieser abgehoben
werden kann, wie noch im einzelnen erläutert wird. Das Ventilglied 52 hat einen
als Kolben wirkenden Teil 52B mit einer Dichtung, die mit der zylindrischen Innenwand
einer zylindrischen Aushöhlung 56 zusammenwirkt, die zusammen mit dem Teil 52B eine
Kolbenzylinderanordnung bildet, die koaxial und einstückig mit dem drehbaren Teil
52 und dem Ventilkörper 40 ausgebildet ist. In der Kammer 56 mündet eine Zuführung
58 für unter Druck stehendes Wasser über eine im oberen Ventilkörper 44 ausgebildete
Bohrung 60 mit verringertem Durchmesser. Ein Abzugskanal 62 von größerem Durchmesser
als die Zuführungsbohrung führt aus der Kammer 56 zu einer äußeren Leitung 64, die
mit dem Abzugsanschluß 36A über ein Elektroventil 66 verbunden ist. Dieses Elektroventil
öffnet den Abzug von der Kammer 56 immer dann, wenn das drehbare Ventilglied 52,
52B, 54 verstellt werden soll, während es die Abzugsleitung bei stillstehendem Ventilglied
52, 52B, 54 verschließt. In diesem Zustand übt der Druck des über die Bohrung 60
mit verringer-
tem Durchmesser zugeführten Wassers eine axiale
Kraft auf das Ventilglied 52, 52B, 54 aus und preßt dessen Unterseite 52A abdichtend
gegen die Oberfläche 40A bzw. gegen eine Anzahl von Dichtungsringen 68, die in entsprechenden
Ringnuten in dieser Oberfläche 40A rings um die noch zu beschreibenden Öffnungen
angeordnet sind, die in dieser Fläche 40A münden.
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In dem beweglichen Ventilglied 52 sind gemäß Fig. 6 und 11 drei Kanäle
70 ausgebildet, von denen jeder zwei in gemeinsamer radialer Linie liegende Öffnungen
aufweist, wobei die Öffnungen der drei verschiedenen Kanäle auf zwei gemeinsamen
Umfangslinien liegen. Auf den gleichen Umfangslinien sind (vgl. insbesondere Fig.
7) die von den Dichtungsringen 68 umgebenen Öffnungen im unteren Ventilkörper 40
angeordnet, die in verschiedenen Kombinationen teils an die äußeren Anschlüsse wie
36A, 36B, teils an die anderen in der Grundplatte 1 ausgebildeten Leitungskanäle
und teils an Verbindungsleitungen zwischen verschiedenen Öffnungen angeschlossen
sind. Die Oberfläche 40A des Ventilkörpers 40 hat im zentralen Bereich eine Abzugsöffnung
72, die in einer Vertiefung 74 mündet, die innerhalb des kleineren der beiden Kreise,
auf denen die Öffnungen angeordnet sind, liegt. Die Je Vertiefung 74 greift mit
radialen lusbuchtungen 74A bis auf diesen inneren Umfangskreis, so daß man eine
entsprechende Anzahl von Äbzugspositionen erhält, die auf dieser ln-
neren
Kreisbahn mit den genannten brückenförmigen Kanälen des Ventilgliedes zusammenwirken.
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In Fig. 7 bis 11 ist eine Ausführungsform dargestellt, die besonders
für ein Verteilerventil für einen Apparat für die chemische Destillation von Wasser
bestimmt ist. In diesen Zeichnungen gehören die mit Kreuzschraffur versehenen Öffnungen
zu äußeren Verbindungsleitungen zum Verteilerventil 5, die in der Grundplatte 1
ausgebildet sind, z.B.
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(vgl. Fig. 5) Verbindungsleitungen 76B zu den Anschlüssen 36B; eine
an den Abzugsanschluß 36A angeschlossene Leitung 76A; eine weitere Leitung 76C für
den Anschluß einer Sonde; sowie weitere Leitungen 78A, 78B, 78C und 78E, ebenfalls
in der Grundplatte 1 ausgebildet, für die Verbindung mit den Anschlüssen der Kolonne
7. Im einzelnen sind die Leitungen 78A, 78E mit den Anschlüssen 18 für die beiden
rohrförmigen Zugstangen 12 und 14 verbunden; die Leitung 78B führt zur zentralen
Bohrung 34 für die unteren Diffusoren 33, während die Leitung 780 zu dem Verbindungskanal
28 für das lotrechte Rohr 30 des Verteilerkreuzes 32 führt. Im folgenden sind die
einzelnen, im unteren Ventilkörper 40 ausgebildeten und an die Leitungen 76 und
78 angeschlossenen Kanäle, wie z.B.
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der in Fig. 6 dargestellte Kanal 80, sowie die zugehörigen Öffnungen
in der Oberfläche 40A mit Buchstaben bzw. Buchstabenkombinationen bezeichnet, die
den zugehörigen äußeren Anschlüssen für die oben angegebene Anwendung entsprechen.
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Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen, wie diese Kanäle im Ventilkörper 40 (und
damit die entsprechenden, in der Oberfläche 40A mündenden Öffnungen) untereinander
verbunden sind, wobei diejenigen Öffnungen und Kanäle, die bezüglich des Verteilerventils
5 und seines Ventilkörpers 40 direkte Verbindung nach außen haben, kreuzschraffiert
dargestellt sind. Die genannten Buchstabenkombinationen haben die folgenden Bedeutungen:
AR - Anschluß für Luft; ALMI - unterer Anschluß zum Mischharzbett (Flüssigkeitsniveau);
ALMS - oberer Anschluß zum Mischharzbett (Gasniveau); ASP - Ansauganschluß; E -
Anschluß an einen Ejektor bzw. eine Wass.rstrahlpumpe; CR - Anschluß an das Verteilerkreuz
32; BLM - Anschluß an das untere Mischharzbett; UT - Betriebsanschluß; HCL - Anschluß
für saure Regenerierflüssigkeit; NAOH - Anschluß für basische Regenerierflüssigkeit.
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Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen im einzelnen das System der Verbindungen
zwischen den verschiedenen Öffnungen.
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Sämtliche vorstehend genannten Öffnungen sind auf zwei Kreisen angeordnet,
die den Kreisen entsprechen, auf denen die Öffnungen der drei Überbrückungskanäle
70 des drehbaren Ventilgliedes 52 angeordnet sind. Sämtliche Öffnungen sind paarweise
in radialer Richtung angeordnet. Jedes Paar von Öffnungen ist von dem jeweils benachbarten
Paar um einen gleichbleibenden Winkelbetrag oder ein Vielfaches dieses Winkelbetrages
entfernt. Durch Verdrehung des beweglichen Ventilgliedes 52 um jeweils diesen Winkelbetrag
oder ein Mehrfaches davon werden die Öffnungen der Uberbrückungskanäle 70 mit den
paarweise angeordneten Öffnungen in der Oberfläche 40A des Ventilkörpers 40 wahlweise
zur Deckung gebracht, und man erhält damit die verschiedenen Betriebszustände für
den Lastbetrieb und die Regeneration des Reinigungsbettes mit den verschiedenen
erforderlichen aufeinanderfolgenden Betriebsphasen.
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Immer wenn eine Winkeldrehung des beweglichen Ventilgliedes 52 erfolgen
soll, wird durch Öffnen des Auslasses 62, 64, 66 der Druck in der Kammer 56 abgesenkt,
wodurch der axiale Andruck der Fläche 52A gegen die Dichtungen 68 aufhört und die
Drehung erleichtert wird, wobei zusätzlich die an den Öffnungen der Oberfläche 40A
ankommenden Flüssigkeiten eine axiale Kraft ausüben, die derJenigen entgegengerichtet
ist, die normalerweise von dem Kolbenzylindersystem 52B, 56 für die Aufrechterhaltung
des Dichtdruckes ausgeübt wird.
Das Unterbrechen der Andrückkraft
sowie das Vorhandensein der Vertiefung 74 begünstigen weiterhin einen Spüleffekt
in dem Bereich zwischen den Teilen 40 und 52 bei jeder einzelnen Verdrehung des
Ventilgliedes. Nach jeder Drehung wird, sobald die für die nächste Betriebsphase
gewünschte Winkellage des Ventilgliedes erreicht ist, das Ventil 66 wieder geschlossen,
so daß über den Zuführungskanal 60 der Druck in der Kammer 56 wieder aufgebaut wird
und somit die Anpressung zwischen dem Teil 52 und den die Öffnungen in der Fläche
40A umgebenden Dichtungen 68 wieder hergestellt wird.
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Das beschriebene Verteiler- und Steuerventil mit drehbarem Ventilglied
eignet sich besonders dafür, das bewegliche Ventilglied entsprechend einem vorgegebenen
Programm zu steuern und zu verstellen, um die verschiedenen Phasen des Betriebszyklus
des mit dem Ventil versehenen Apparats zu erhalten. Vorzugsweise ist die Verteilung
der verschiedenen Verbindungsleitungen mit den Außenanschlüssen und mit der Säule
derart, daß man die einzelnen Phasen des Betriebszyklus durch aufeinanderfolgende
taktweise Verdrehungen des Ventilgliedes 52 um jeweils einen Winkelschritt erhält,
mit jeweils bedarfsweise längerem Verweilen in jeweils einer Stellung.
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Die Bearbeitung der Grundplatte 1 und des Ventilkörpern 40 durch
Bohren und die Möglichkeit des direkten Anschlusios
an Außenöffnungen
der Grundplatte 1 erleichtern die Bearbeitung, ergeben ein im wesentlichen glattes
und sauberes Äußeres des Apparates und führen zu einer wesentlichen Verringerung
des Platzbedarfs.
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Die beschriebene und dargestellte Ausführungsform ist nur als ein
nicht einschränkendes Beispiel der Erfindung zu verstehen, und Ausgestaltungen und
Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.