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Unterdruck-Steuerventileinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterdruck-Steuerventileinrichtung
gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Steuerventileinrichtung ist bekannt. Sie dient dazu, das
Anlegen von Unterdruck an ein Gerät zu steuern, in das durch den Unterdruck ein
materialtragender Gas strom eingesaugt bzw. gefördert wird. Bei dem Gerät kann es
sich beispielsweise um einen Staubabscheider handeln, in den mittels des angelegten
Unterdrucks ein staubtragender Luftstrom eingeleitet wird, um innerhalb der Kammer
bzw. des Behälters des Staubabscheiders durch Zentrifugalkraft undjoder mit
Hilfe
von Filtern den Staub abzuscheiden. Ferner kann es sich bei dem Gerät beispielsweise
um einen Materialsilo handeln, in den mittels des angelegten Unterdrucks pneumatisch
körniges Gut gefordert wird, das im Silobehälter durch Zentrifugal-und Schwerkraft
abgesetzt wird.
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Das im Gasstrom in den Behalter des Gerätes transportierte Material
soll nicht in die Unterdruckleitung gelangen. Daher befindet sich in der Regel zwischen
dem unter Unterdruck zu setzenden Behälter des Gerätes und der Steuerventileinrichtung
ein gasdurchlässiger Filtereinsatz, bei dem die Gefahr besteht, daß er im Betrieb
durch Feststoffteilchen allmählich verstopft.
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Dem kann durch regelmäßiges Reinigen des Filtereinsatzes vorgebeugt
werden.
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Bei der bekannten Steuerventileinrichtung ist das Vorsteuerventil
ein Magnetventil mit einer Ventilöffnung in der Mitte der Membran. Auf der vom Steuerdruckraum
abgewandten Seite der Ventilöffnung herrscht bei geschlossenem Ventilsitz der Unterdruck
in der Unterdruckleitung. Zum Öffnen des Ventilsitzes wird mittels des Magnetventils
die Ventilöffnung freigegeben, so daß in den Steuerdruckraum Unterdruck gelangt
und die Membran das Ventilelement vom Ventilsitz abhebt, so daß dann die Ventilkammer
und der angeschlossene Behälter des Gerätes unter Unterdruck stehen. Geschlossen
wird der Ventilsitz der bekannten Steuerventileinrichtung durch Schließen der Ventilöffnung,
wonach durch ein Sickerloch in der Membran ein Druckausgleich zwischen dem Steuerdruckraum
und der Ventilkammer erfolgt, so daß das Ventilelement gegen den Ventilsitz gedrückt
wird und die Ventilkammer vom Unterdruck getrennt ist. Zum Reinigen des Filtereinsatzes
weist die bekannte Steuerventileinrichtung ein zusätzliches Ventil auf, das nach
dem Schliessen der Unterdruckleitung geöffnet wird und dann Druckluft auf den Filtereinsatz
gibt, mit deren Hilfe der Filtereinsatz kurzzeitig in zur sonst herrschenden Strömungsrichtung
entge-
gengesetzter Richtung ausgeblasen wird.
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Alternativ dazu ist es auch bekannt, den Filtereinsatz durch Rütteln
zu reinigen.
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Die bekannte Steuerventileinrichtung weist Nachteile auf: Das zusätzliche
Ventil zur Druckluftsteuerung verteuert die Steuerventileinrichtung und erfordert
zur Betätigung Hilfsenergie. Nachteilig ist ferner, daß der Steuerdruckraum über
das Sickerloch in Verbindung mit der Ventilkammer steht, so daß die Gefahr der Verstopfung
des Sickerlochs und der Verunreinigung des Steuerdruckraumes durch in die Ventilkammer
gelangte kleinste Materialteilchen besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterdruck-Steuerventileinrichtung
der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß sie mit möglichst einfachen konstruktiven
Mitteln außer der Unterdruck steuerung auch die Reinigung des Filtereinsatzes bewirken
kann. Ferner soll die Unterdruck-Steuerventileinrichtung möglichst störungssicher
sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil von Patentanspruch 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Unterdruck-Steuerventileinrichtung wird
der Ventilsitz bzw. die Unterdruckleitung vom ersten Ventilelement dadurch geschlossen
und somit die Unterdruckbeaufschlagung beendet, daß der Steuerdruckraum mittels
des Vorsteuerventils unter atmosphärischen Druck gesetzt wird.
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Dabei wirkt an der Membran eine größtmögliche Schließkraft, da ihre
dem Steuerdruckraum zugewandte Fläche atmosphärischem Druck ausgesetzt ist, während
ihre der Ventilkammer zugewandte Fläche dem Unterdruck ausgesetzt ist, sodaß die
Mem-
bran das erste Ventilelement schlagartig auf den Ventilsitz
drückt. Gleichzeitig und ebenso schlagartig wird die Ventilkammer über die zumindest
eine Belüftungsöffnung zur Atmosphäre belüftet, so daß in der Ventilkammer ein plötzlicher
Druckanstieg erfolgt, der aufgrund des noch im angeschlossenen Behalter herrschenden
Unterdrucks eine kurzzeitige, kräftige Strömung durch den Filtereinsatz in Reinigungsrichtung,
d.h.
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entgegen der bei Förderbetrieb herrschenden Strömungsrichtung, bewirkt.
Dieser Druckstoß wird somit ohne ein zusätzliches Ventil und ohne zusätzliche Hilfsenergie'allein
durch Umschalten des Vorsteuerventils zum Sperren der Unterdruckleitung hervorgerufen.
Zum erforderlichen stoßartigen Druckanstieg trägt bei, daß das Schließen des Ventilsitzes
durch Beaufschlagung des Steuerdruckraumes mit atmosphärischem Druck schnell erfolgt,
wogegen das öffnen des Ventilsitzes durch Beaufschlagung des Steuerdruckraumes mit
Unterdruck erfolgt.
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Vorteilhaft ist ferner, daß der Steuerdruckraum nicht über ein Sickerloch
oder dergleichen in Verbindung mit der Ventilkammer steht, so daß nicht die Gefahr
der Verunreinigung des Steuerdruckraumes und dadurch bedingter Beeinträchtigung
der Zuverlassigkeit besteht.
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In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
das zumindest eine zweite Ventilelement auf der atmosphärischen Seite der zugehörigen
gAlüftungaöffnung angeordnet ist. Bei geöffnetem Ventilsitz der Unterdruckleitung,
d.h. bei von den zweiten Ventilelementen geschlossenen Belüftungsöffnungen, wirkt
aufgrund der unterschiedlichen Druckbeaufscblagung beider Seiten der zweiten Ventilelemente
an
diesen eine resultierende Kraft, die das erste Ventilelement in Offenstellung und
die zweiten Ventilelemente in Schließstellung hält. Die Unterdruck-Steuerventileinrichtung
ist somit in dieser Betriebsstellung selbsthaltend; Hilfsenergie ist zur Beibehaltung
dieser Betriebsstellung nicht erforderlich.
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Im übrigen ist die erfindungsgemäße Unterdruck-Steuerventileinrichtung
auch in ihrer anderen Betriebsstellung, d.h. bei geschlossenem Ventilsitz, selbsthaltend
wegen der dann herrschenden gleichen Drücke an der Membran und der in Schließrichtung
wirkenden resultierenden Kraft am ersten Ventilelement.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die einzige Figur erläutert, die eine Unterdruck-Steuerventileinrichtung im
Schnitt zeigt.
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Die dargestellte Steuerventileinrichtung umfaßt ein im wesentlichen
zylindrisches Gehäuse 10, das mit einem Behälter 12 über einen Anschlußstutzen 14
verbunden ist. Der verkleinerte und schematisch dargestellte Behälter 12 ist Bestandteil
eines Gerätes, in das aus einer Förderleitung 16 ein materialtragender Gasstrom
eingesaugt werden kann.
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Im Gehäuse 10 ist an ihrem Rand fluiddicht eine elastische Membran
18 eingespannt, die im Inneren des Gehäuses einen Steuerdruckraum 20 und eine Ventilkammer
22 abteilt.
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Die Ventilkammer 22 steht über den Anschlußstutzen 14 in Verbindung
mit dem Inneren des Behälters 12, wobei zwischen dem Anschlußstutzen und dem Inneren
des Behälters ein Filtereinsatz 24 angeordnet ist.
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Fest mit der einen Stirnwand 26 des Gehäuses 10 verbunden ist eine
an eine nicht dargestellte Unterdruckquelle angeschlossene Unterdruckleitung 28,
an deren in die Ventilkammer 22 mündender offenen Ende ein Ventilsitz 30 ausgebildet
ist. Vor dem Ventilsitz ist konzentrisch zu diesem ein erstes Ventilelement 32 angeordnet,
das aus einer Platte 34 und einer elastischen Scheibe 36 besteht und mittels eines
Niets 38 und einer Gegenplatte 40 fest mit der Membran 18 verbunden ist.
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Der Steuerdruckraum 20 ist an ein Vorsteuerventil 42 angeschlossen,
das von einem Stellantrieb 44 zwischen zwei Betriebsstellungen verstellt werden
kann. Zum Vorsteuerventil 42 führen eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende
Leitung 46, die an einer ersten DUse 48 in das Vorsteuerventil mündet, sowie eine
Bypaasleitung 50, die von der Unterdruckleitung 28 abzweigt und an einer zweiten
Düse 52 in das Vorsteuerventil mündet. Vom Steuerelement 54 des Vorsteuerventils
wird je nach dessen Betriebsstellung entweder die erste Düse 48 oder die zweite
Düse 52 geschlossen, so daß der Steuerdruckraum 20 über die jeweils andere Düse
und die angeschlossene Leitung entweder mit Unterdruck aus der Unterdruckleitung
28 oder atmosphärischem Druck beaufschlagt ist.
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Die zweite Düse 52 hat eine stärkere Drosselwirkung als die erste
Düse 48.
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Symietrisch zur Unterdruckleitung 28 sind in der Stirnwand
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vier kreisförmige Belüftungsöffnungen 56 ausgebildet, von denen zwei in der Figur
erkennbar sind. Die Anzahl der Belüftungsöffnungen kann jedoch auch kleiner oder
größer als vier sein; drei Belüftungsöffnungen sind besonders vorteilhaft.
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Durch jede Belüftungsöffnung 56 verläuft mittig eine Verbindungsstange
58. Die Verbindungsstangen 58 sind an ihrem einen Ende fest mit der Platte 34 des
ersten Ventilelements 32 verbunden und tragen an ihrem anderen Ende eine außerhalb
der Ventilkammer 22 angeordnete ringförmige Führungsplatte 60, die gleitend verschiebbar
auf der Unterdruckleitung 28 sitzt. Die Führungsplatte 60 besteht vorzugsweise aus
selbstschierendem Material.
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Auf seiner den Belüftungsöffnungen 56 zugewandten Seite trägt die
Führungsplatte 60 zweite Ventilelemente 62, die als Scheiben aus elastischem Material
ausgebildet sind und größer als die Belüftungsöffnungen sind. Jedes zweite Ventilelement
62 ist so angeordnet, daß es auf dem Rand der zugehörigen Belüftungsöffnung aufsitzen
und diese dadurch schließen kann. Statt mehrerer getrennter zweiter Ventilelemente
kann auch ein elastischer Ring vorgesehen sein, dessen den Belüftungsöffnungen zugewandte
Abschnitte die zweiten Ventilelemente bilden.
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Die Länge der Verbindungsstangen 58 ist so bemessen, daß bei vom ersten
Ventilelement geschlossenem Ventilsitz 30 die zweiten Ventilelemente 62 so weit
von den Belüftungsöffnungen 56 abgehoben sind, daß durch diese eine unbehinderte
Strömung erfolgen kann, und daß bei auf den Rändern der Belüftungsöffnungen auf
sitzenden zweiten Ventilelementen das erste Ventilelement 32 den Ventilsitz 30 ausreichend
freigibt. Die Führungsplatte 60 und die zweiten Ventilelemente 62 werden von einem
zylin-
drischen Schutzqitter 64 geschützt, das an der Stirnwand
26 angeformt oder befestigt ist.
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Im folgenden wird die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen
Unterdruck-Steuerventileinrichtung beschrieben.
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In der Figur ist die Unterdruck-Steuerventileinrichtung in der Betriebsstellung
dargestellt, die sie bei gesperrter Unterdruckleitung 28 einnimmt. Da der Steuerdruckraum
20 vom Vorsteuerventil 42 in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre gehalten wird,
herrscht im Steuerdruckraum atmosphärischer Druck. In der Ventilkammer 22 herrscht
ebenfalls atmosphärischer Druck, da sie über die geöffneten Belüftungsöffnungen
56 in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht. Das erste Ventilelement 32
sitzt auf dem Ventilsitz 30 und sperrt die Unterdruckleitung 28. Da der Druck auf
beiden Seiten der Membran 18 gleich ist, am Ventilelement 32 jedoch auf der dem
Ventilsitz 30 zugewandten Seite Unterdruck angreift, wird das Ventilelement in seiner
Schließstellung gehalten, ohne daß dazu Bilfsenergie erforderlich ist. Wegen der
gesperrten Unterdruckleitung 28 wirkt im Behälter 12 kein Unterdruck, so daß keine
Förderung aus der Förderleitung 16 erfolgt.
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Um den Förderbetrieb zu beginnen, wird das Vorsteuerventil 42 mittels
des Stellantriebs 44 so eingestellt, daß sein Steuerelement 54 die erste Düse 48
schließt und die zweite Düse 52 öffnet. Dadurch gelangt Unterdruck in den Steuerdruckraum
20. Dieser Unterdruck wirkt auf die Membran 18, so daß diese das Ventilelement 32
vom Ventilsitz 30 abhebt, da die mit Unterdruck beaufschlagte Fläche der Membran
größer
als die mit Unterdruck beaufschlagte Fläche des Ventilelementes
32 ist. Gleichzeitig werden die zweiten Ventilelemente 62 gegen die Ränder der Belüftungsöffnungen
56 gedrückt. Bei dieser Bewegung wirkt die Fahrungsplatte 60 führend und zentrierend.
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Der Unterdruck pflanzt sich aus der Unterdruckleitung 28 über die
Ventilkammer 22, den Anschlußstutzen 14 und den Filtereinsatz 24 in den Behälter
12 fort, so daß die Unterdruckförderung in den Behälter 12 beginnt. Während des
Förderbetriebs herrscht in der Ventilkammer 22 und im Steuerdruckraum 20 Unterdruck,
wobei aufgrund von Strömungsverlusten in der Ventilkammer 22 der Unterdruck im Steuerdruckraum
größer als in der Ventilkammer ist. Dadurch ist die Unterdruck-Steuerventileinrichtung
auch in ihrer Offenstellung selbsthaltend.
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Stabilisiert wird die Unterdruck-Steuerventileinrichtung in ihrer
Offenstellung zusätzlich durch die zweiten Ventilelemente 62, auf die von außen
atmosphärischer Druck wirkt, so daß sie in ihrer Schließstellung selbsthaltend sind
und gleichzeitig über die Verbindungsstangen 58 das erste Ventilelement 32 vom Ventilsitz
abgehoben halten. Auch die Beibehaltung der Offenstellung der Steuerventileinrichtung
erfordert somit keine Hilfsenergie.
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Wenn nach einer gewissen Betriebsdauer der Förderbetrieb beendet und
der Filtereinsatz gereinigt werden soll, wird das Vorsteuerventil 42 in seine in
der Figur dargestellte Betriebsstellung zurückgebracht. Dadurch gelangt atmosphärischer
Druck in den Steuerdruckraum, wobei diese Druckänderung wegen der geringeren Drosselwirkung
der ersten Düse 48 wesentlich schneller als beim Umsteuern von atmosphärischem Druck
auf Unterdruck im Steuerdruckraum erfolgt. Das erste Ventilelement 32 wird schlagartig
auf seinen Ventilsitz 30
gedrückt, während gleichzeitig die zweiten
Ventilelemente 62 von den Belüftungsöffnungen 56 abgehoben werden. Dabei steigt
der Druck in der Ventilkammer 22 sehr schnell auf atmosphärischen Druck, während
im Behälter 12 noch Unterdruck herrscht.
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Dieser kurzzeitig bestehende Druckunterschied führt zu einer kurzen,
aber kräftigen Strömung durch den Filtereinsatz 24 von der Ventilkammer 22 zum Behälter
12. Es hat sich gezeigt, daß diese stoßartige Strömung zum Ausblasen bzw. Reinigen
des Filtereinsatzes ausreicht.
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Wenn zumindest zwei der vorstehend beschriebenen Unterdruck-Steuerventileinrichtungen
und Filtereinsätze an einem Behält ter angeordnet sind, kann die vorstehend beschriebene
Reinigung eines Filtereinsatz- erfolgen, während über die dem anderen Filtereinsatz
zugeordnete SteUerventileinrichtung weiter Unterdruck angelegt bleibt, so daß der
Förderbetrieb zur Reinigung nicht unterbrochen zu werden braucht.