DE3423424A1

DE3423424A1 - 5/2-wege-umschaltventil, insbesondere fuer rueckspuelbare filter

Info

Publication number: DE3423424A1
Application number: DE19843423424
Authority: DE
Inventors: Bruno Bachhofer; Anton 7980 Ravensburg Locher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-26
Filing date: 1984-06-26
Publication date: 1986-01-02
Also published as: US4714551A

Description

Die Erfindung betrifft ein 5/2-Wege-Umschaltventil, insbesondere für rückspülbare Filter in Wasseraufbereitungsanlagen, mit einem Gehäuse, ringförmigen Ventilsitzen und auf diese dicht auflegbaren Ventilkörpern. In dem genannten Anwendungsfall hat ein solches Ventil die Aufgabe, in der einen Schaltstellung den beispielsweise aus einem Schwimmbecken ankommenden Wasserstrom In einer ersten Richtung durch den Filterapparat und dann wieder zurück zum Becken zu leiten. In der anderen Schaltstellung soll die aus der gleichen Leitung ankommende Strömung in entgegengesetzter Richtung (Rückspülrichtung) durch den Filterapparat und dann in einen Abwasserkanal geleitet werden. Beim Rückspülen lösen sich die Schmutzteilchen von dem Filterkies und werden mit dem Spülwasser fortgetragen.

Während kleinere 5/2-Wege-Ventile, die als Steuerschieber ausgebildet sind, kaum konstruktive Probleme aufwerfen, werden bei WasSeraufbereitungsanlagen mit größeren Rohrquerschnitten die beschriebenen Schaltfunktionen mit einzeln betätigbaren Absperroder Dreiwegeventilen realisiert. Größere Rohrquerschnitte erfordern Teller oder ähnliche Verschlußkörper, die auf entsprechende Sitze auflegbar sind. Werden aber mehrere Verschlußkörper durch ein gemeinsames Betätigungsorgan fest miteinander verbunden, so müssen auch die Sitze genau entsprechende Abstände haben, um ein dichtes Aufsitzen zu gewährleisten. Hier ergeben sich aber bei großen Gehäusen Schwierigkeiten, da Werkstoffdehnungen, Verschleiß und Montagetoleranzen auch noch berück-

sichtigt werden müssen. Außerdem ist zum Schutz des Filterbehälters stets auch ein überdruckventil erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mittels eines einzigen Stellorgans betätigbares 5/2-Wege-Umschaltventll für große Rohrquerschnitte zu schaffen, das einwandfrei abdichtet und außerdem die Punktion eines Überdruckventils ausübt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem 5/2-Wege-Umschaltventil der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse rohrförmig ausgebildet und mit fünf radialen Anschlußstutzen versehen ist, zwischen denen sich je ein Ventilsitz befindet, daß die Ventilkörper an einer in einer Richtung von einer Federanordnung beaufschlagten Zentralstange angeordnet sind und daß ein zweiseitiger, mit den beiden mittleren Ventilsitzen zusammenwirkender Ventilkörper bezüglich der Zentralstange längsverschiebbar ist.

Diese Verschiebbarkeit macht die Einhaltung allzu enger Toleranzen bezüglich der Abstände der Ventilsitze entbehrlich. Der Stellantrieb der Zentralstange bewegt die Ventilkörper in beiden Richtungen jeweils so weit, bis einer der beiden äußeren Ventilkörper auf dem zugehörigen Ventilsitz zur dichten Auflage kommt. Der mittlere Ventilkörper dagegen braucht von der Zentralstange nur in eine leicht am Sitz anliegende Stellung bewegt zu werden. Das dichte Anlegen besorgt der Wasserdruck. Damit ist das Umschaltventil hinsichtlich des Ventilsitzabstandes selbstabgleichend.

Der großzügig bemessene Bereich der Verschiebbarkeit dieses mittleren Ventilkörpers 1st durch Anschläge begrenzt und der Ventilkörper ist gegenüber der ihn durchsetzenden Zentralstange abgedichtet. Infolgedessen haftet der Ventilkörper an der Zentralstange und es muß eine gewisse Reibungskraft überwunden werden, um ihn zu verschieben. Dies ist für die erwähnte selbsttätige Einstellung des Ventilkörpers in seine richtige Endlage von Vorteil.

Andererseits ermöglicht die Verschiebbarkelt des mittleren Ventilkörpers die angestrebte Überdruckventil-Punktion. Es wurde schon erwähnt, daß eine Federanordnung die Zentralstange in eine Richtung zu verschieben bestrebt ist. Mit dieser Federkraft wird der eine äußere Ventilkörper auf seinen Sitz gedrückt. Bei übermäßigem Innendruck kann er sich unter Überwindung der Federkraft abheben. Dabei ist es wesentlich, daß der mittlere Ventilkörper auf den der Wasserdruck in entgegengesetzter Richtung wirkt, infolge seiner Verschiebbarkeit die Bewegung der Zentralstange nicht behindert.

Da die Rohrleitungen, die an ein solches Umschaltventil angeschlossen werden, je nach den Gegebenheiten bei verschiedenen Gebäuden andere räumliche Anordnungen zeigen, ist es von großem Vorteil, die Montage dadurch zu vereinfachen, daß das Gehäuse aus mehreren, je einen Anschlußstutzen aufweisenden Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, die bezüglich der Gehäuselängsachse gegeneinander verdrehbar sind. Dies kann beispielsweise dadurch er-

reicht werden, daß die Gehäuseteile durch übliche Rohrverschraubungen miteinander verbunden sind. Die Anschlußstutzen lassen sich somit in jede gewünschte Richtung einstellen.

Hinsichtlich der Konstruktion der Verschlußanordnungen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn kugelförmige Ventilkörper und aus einem elastischen Werkstoff bestehende, querschnittlich gerundete Ventilsitzringe vorgesehen sind. Eine Kugel eignet sich insbesondere für den mittleren Ventilkörper, da eine Kugel zweiseitig mit Ventilsitzringen kleineren Durchmessers zusammenwirken kann. Der Sitzdurchmesser beträgt z. B. 85 % des Kugeldurchmessers,

Beim Rückspülen von Sand- oder Mischbettfiltern kommt es genau auf die Strömungsgeschwindigkeit des Rückspülwassers an. Sie soll einerseits möglichst groß sein, um den angesetzten Schmutz gründlich und schnell zu entfernen. Andererseits soll aber das Filterkorn nicht ausgeschwemmt werden. Es kommt also darauf an, daß die vom Rückspülwasser am weitesten hochgetragenen Filterbestandteile die vorhandene Preibordhöhe mit Sicherheit nicht übersteigen. Üblicherwelse wird daher eine als getrennte Armatur ausgebildete einstellbare Strömungsdrossel derart in die RÜckspül-Zuleitung zum Filterbehälter eingebaut, daß sie bei umgekehrter Ströraungsrichtung im Filterbetrieb unwirksam ist bzw. umgangen wird und dadurch diese wesentlich stärkere Strömung nicht be-

hindert. Dieses Problem erschwerte auch die Schaffung eines kompakten 5/2-Wege-Umschaltventils wesentlich.

In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß zwischen dem Anschluß'der Zuleitung und der Anschlußleitung des Sammlers eines Filterbetts in dem Gehäuse des Umsehaltventils selbst eine Strömungsdrossel eingebaut 1st. Sie sollte so be-? schaffen sein, daß sie sich leicht einstellen läßt. Eine eigene Armatur und deren Verrohrung ist damit entbehrlich.

Mit dem Ziel einer zweckmäßigen und betriebsicheren Fernsteuerung des Uraschaltventils wird vorgeschlagen, daß zur Betätigung der Zentralstange entgegen der Federanordnung ein mit Druckluft beaufschlagbarer Kolben vorgesehen ist. Er kann insbesondere mittels einer Rollmembran abgedichtet sein. Eine solche pneumatische Steuervorrichtung läßt sich in Verbindung mit einem Ozonerzeuger, der in einen Kiesfilterbehälter eingebaut ist und einen Kompressor für seinen Druckluftbedarf aufweist, mit ganz besonderem Vorteil einsetzen. In diesem Falle wird vorgeschlagen, daß der Kompressor wechselweise auch zur Betätigung des Umschaltventils verwendet wird. Dies ist möglich, weil bei einer solchen Wasseraufbereitungsvorrichtung, die nachstehend erläutert wird, während des Rückspülbetriebes der Ozonerzeuger abgeschaltet ist und der Kompressor somit zur Verfügung steht. Der Vorteil liegt aber nicht nur im Einsparen eines Kompressors, sondern in der

dadurch bewirkten funktioneilen Verriegelung. Solange der Ozonerzeuger arbeitet, kann das Ventil nicht umschalten und wenn auf Rückspülbetrieb umgeschaltet 1st, wird kein Ozon erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine teilweise schematische Ansicht einer Wasseraufbereitungsvorrichtung mit einem Kiesfilter und einem Ozonerzeuger,

Pig. 2 einen Längsschnitt des 5/2-Wege-Umschaltventils nach Pig. I,

Fig. 3 den mittleren Teil des Umschaltventils nach Fig. 2 in größerem Maßstab und

Fig. 4 einen Längsschnitt des pneumatischen Antriebes des Umschaltventils.

Die Wasseraufbereitungsvorrichtung nach Fig. 1 umfaßt auf einem Grundgestell einen aufrecht stehenden Filterbehälter 1, einen Schaltschrank 2 und ein 5/2-Wege-Umschaltventil 3. Die Bezeichnungsweise "5/2" bedeutet fünf Anschlüsse und zwei Schaltstellungen. Der Behälter ist etwa zur Hälfte mit feinem Quarzkies 4 gefüllt und beinhaltet in seinem oberen Teil einen Ozonerzeuger 5, der mit einem Vermischer kombiniert ist. Das Wasser tritt durch eine Anschlußleitung 6 in dieses Aggregat ein und durch

öffnungen 7 an seinem unteren Rand in den Behälter aus. Das durch die Pilterschicht gepreßte Waaaer wird durch Sternrohre 8 gesammelt und über eine Anschlußleitung 9 nach außen geführt. Auf dem Filterbehälter 1 befinden sich ein Transformator und andere Nebenaggregate dieser. Vorrichtung.

Das 5/2-Wege-Umschaltventil 3 besteht im wesentlichen aus fünf T-förmigen Gehäuseteilen, die durch Verschraubungen miteinander verbunden sind. Jedes Gehäuseteil hat einen Anschlußstutzen. Zwei derselben sind mit den Anschlußleitungen 6 und 9 des Filterbehälters verbunden. Bei 10 ist eine zum Abwasserkanal führende Leitung angeschlossen und bei 11 eine Rückleitung zu einem Schwimmbecken. Eine unter Pumpendruck stehende Zuleitung ist bei 12 angeschlossen. Das obere Ende des 5/2-Wege-Umschaltventils 3 bildet die pneumatische Antriebsvorrichtung 13. Sie steht über ein Dreiwegeventil 14 mit einem Kompressor 15 in Verbindung. Eine weitere Druckluftleitung verbindet das Dreiwegeventil 14 mit dem Ozonerzeuger 5·

In Fig. 2 sind zur leichteren Orientierung die fünf Anschlüsse des Umschaltventils mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. bezeichnet. Man erkennt ferner die fünf einzelnen Gehäuseteile 16 bis 20, die mit Hilfe von Schraubringen 21 miteinander verbunden und dadurch bei der Montage je nach Bedarf gegeneinander verdrehbar sind. Der untere Gehäuseteil 20 ist am Stirnende ge-

schlossen, der obere Gehäuseteil 16 zeigt eine Dichtung 22, durch welche eine Zentralstange 23 in das Gehäuse eingeführt ist. In den Gehäuseteilen 16, 18 und 20 sind vier wulstige, aus einem widerstandsfähigen elastischen Dichtungswerkstoff bestehende Ventilsitzringe 24 bis 27 eingesetzt, die mit kugelförmigen Ventilkörpern 28 bis 30 zusammenwirken. Die Ventilkörper 28 und 30 sind an der Zentralstange befestigt, der Ventilkörper 29 ist längsverschiebbar, wie Pig. 3 deutlicher zeigt. Der Ventilkörper 29 hat nur eine halbkugelige Form und ist mittels einer Schraubanordnung 31 in Längsrichtung bezüglich der Zentralstange 23 verstellbar.

In der in Pig. 2 dargestellten Ruhestellung, die dem Filterbetrieb entspricht, steht die Zentralstange 23 unter der Wirkung einer hier nur schematisch angedeuteten Federanordnung 32, welche die Ventilkörper 28 und 29 mit den Ventilsitzringen 24 und 26 in Anlage hält.

Das Gehäuseteil 19 zeigt an seiner der Zuleitung 12 zugewendeten Seite eine Verengung 51 sowie einen kleinen radialen Stutzen 52. In diesen Stutzen ist ein Drosselbolzen 53 eingesetzt, der an seiner inneren Stirnseite einen Querschlitz aufweist und somit die Zentralstange 23 gabelförmig umfängt. Damit sich der Drosselbolzen 53 nicht drehen kann und immer richtig eingesetzt wird, hat er noch eine Längsnut, in die ein Querstift 54 des Stutzens 52 hineinragt. Der Drosselbolzen liegt mit einem Bund 55 abge-

dichtet auf dem Stutzenrand auf und Ist mittels eines Schraubrings 56 gehalten.

Die durch diese Anordnung gebildete Strömungsdrossel tritt nur in Erscheinung, wenn das^!Umschaltventil die nicht gezeigte Schaltstellung einnimmt, d. h. die Anschlüsse 12 und 9 miteinander verbunden sind. Der Strömungswiderstand ist auf einen ganz bestimmten Filterbehälter abgestimmt. Soll das Umschaltventil in Verbindung mit größeren Filterbehältern verwendet werden, so wird ein entsprechend kürzerer Drosselbolzen eingesetzt, wodurch sich der Strömungswiderstand verringert.

In Fig. 3 ist der vollkugelige Ventilkörper 29 im Schnitt dargestellt. Er gleitet auf der Zentralstange 23 und ist gegenüber dieser mittels eines O-Rlnges 33 abgedichtet. Seine Längsbeweglichkeit wird durch an der Zentralstange 23 befestigte Anschlagringe 33a begrenzt. Beim Umschalten nimmt die Zentralstange 23 den Ventilkörper 29 in der Stellung, die er ursprünglich bezüglich dieser Stange eingenommen hat, zum gegenüberliegenden Ventilsitzring mit und an diesen kann er sich unter dem vorherrschenden Wasserdruck unabhängig von der genauen Position der Zentralstange 23 dicht anlegen.

In der dem Filterbetrieb entsprechenden Stellung des Ventils nach Pig. 2 (in Pig. 3 strichpunktiert) wirkt der Ventilkörper 28 wie ein überdruckventil, überdruck kann z. B. auftreten, wenn am Anschluß 12 fälschlicherweise der Druck einer Umwälzpumpe ansteht, insbesondere' wenn das Filterbett schon weitgehend mit Schmutz zugesetzt 1st. Entgegen der Kraft der Federanordnung kann sich der Ventilkörper 28 dann von seinem Ventilsitzring 24 abheben, wobei er die Zentralstange 23 mitbewegt. Diese wird jedoch durch den vom selben Druck auf seinem Ventilsitzring 26 festgehaltenen Ventilkörper 29 bei dieser Bewegung nicht behindert.

Fig. 4 zeigt die Antriebsvorrichtung 13 des Umschaltventils sowie die aus zwei konzentrischen Schraubenfedern bestehende Federanordnung 32 je hälftig in den beiden Schaltstellungen. An das Gehäuseteil 16 1st ein Zylindergehäuse angeschraubt, bestehend aus einem Bodenteil 34, einem Zylinder 35 und einem Deckel 36. An dem überstehenden Ende der Zentralstange 23 ist ein Kolben 37 befestigt, der sich über die erwähnte Federanordnung 32 an dem Deckel 36 abstützt. Eine Rollmembran 38 ist einerseits zwischen einer Scheibe 39 und dem Kolben 37 und andererseits zwischen dem Zylinder 35 und dem Bodenteil 34 eingeklemmt. Ein elektromagnetisch steuerbares Dreiwegeventil 40 verbindet die von dem Dreiwegeventil 14 ankommende Druckluftleitung mit dem Zylinderinnenraum und entlüftet diesen in seiner Ruhestellung.

Das beschriebene 5/2-Wege-Umschaltventil sowie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Wasseraufbereitung wirken wie folgt: Im Normalbetrieb (Pilterbetrieb) wird das von einem Schwimmbecken ankommende Wasser intensiv mit Ozon vermischt, gefiltert und wieder zum Becken zurückgeführt. Der Kompressor 15 liefert Druckluft für den Ozonerzeuger. Die Antriebsvorrichtung 13 ist in Ruhestellung, d. h. die Federanordnung 32 drückt die Zentralstange 23 nach unten. Der Wasserstrom verläuft vom Anschluß 12 über die Leitung 6 zum Ozonerzeuger und Vermischer.5, sodann durch das Kiesbett 4 und über die Sternrohre 8 und die Leitung 9 zurück zum Anschluß 11 und zum Becken.

Der Rückspülvorgang wird dadurch eingeleitet, daß der Ozonerzeuger 5 abgeschaltet wird und die beiden Dreiwegeventile 14 und 40 umgeschaltet werden. Der Luftdruck beaufschlagt jetzt den Kolben 37 und führt die Zentralstange 23 entgegen der Federanordnung 32 nach oben. Damit gelangt das Druckwasser vom Anschluß 12 über die Drosselstelle 51, 53 und die Leitung 9 zu den Sternrohren 8 und steigt von unten durch das Kiesbett 4 auf. Die Quarzkörner lockern und bewegen sich und damit werden die zwischen ihnen festgehaltenen Schmutzpartikel ausgeschwemmt. Das Wasser tritt jetzt an den öffnungen 7 des Mischergehäuses ein und durchströmt dieses und die Leitung 6 in entgegengesetzter Richtung. Diese Leitung ist jetzt mit dem Anschluß 10 verbunden, von wo das Schmutzwasser in den Abwasserkanal gelangt. Nach einer erfahrungsgemäß festliegenden Rückspülzeit wird wieder umgeschaltet und der Normalbetrieb unter Ozonzugabe fortgesetzt.

1 Filterbehälter

2 Schaltschrank

3 5/2-Wege-Umschaltventil

4 Quarzkies

5 Ozonerzeuger

6 Anschlußleitung

7 öffnung

8 Sternrohr

9 Anschlußleitung

10 Abwasserkanal

11 Rückleitung

12 Zuleitung

13 Antriebsvorrichtung

14 Dreiwegeventil

15 Kompressor

16 Gehäuseteil

17 Gehäuseteil

18 Gehäuseteil

19 Gehäuseteil

20 Gehäuseteil

21 Schraubring

22 Dichtung

23 7entralstange

24 Ventilsitzring

25 Ventilsitzring

26 Ventilsitzring

27 Ventilsitzring

28 Ventilkörper

29 Ventilkörper

30 Ventilkörper

31 Schraubanordnung

32 Federanordnung

33 O-Ringe .33a Anschlagring

34 Bodenteil

35 Zylinder

36 Deckel

37 Kolben

38 Rollmembran

39 Scheibe

40 Dreiwegeventil

51 Verengung

52 Stutzen

53 Drosselbolzen

54 Querstift

55 Bund

56 Schraubring

Claims

PATENTANWÄLTE' DIPL.-ING. EBERHARD EISELE DR.-ING. HERBERT OTTEN Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt "Goetheplatz 7 798O Ravensburg Telefon (O751) 3003U.3004 Teletex 7511O2 ihventi Anmelder: 1. Bruno Bachhofer Säntisstraße 85 7981 Bavendorf ι 2. Anton Locher Bergstraße 6 798I Torkenweiler amtl. Bez.: "5/2-Wege-Umschaltventil, insbesondere für rückspülbare Filter" ANSPRÜCHE

1. 5/2-Wege-Umschaltventil, insbesondere für rückspülbare Filter in Wasseraufbereitungsanlagen, mit einem Gehäuse, ringle förmigen Ventilsitzen und auf diese dicht auflegbaren Ventilkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16 bis 20) rohrförmig ausgebildet und mit fünf radialen Anschlußstutzen versehen ist, zwischen denen sich je ein Ventilsitz (24 bis 27) befindet, daß die Ventilkörper (28 bis 30) an einer in einer Richtung von einer Federanordnung (32) beaufschlagten Zentralstange (23) angeordnet sind und daß ein zweiseitiger, mit den beiden mittleren Ventilsitzen (25, 26) zusammenwirkender Ventilkörper (29) bezüglich der Zentralstange (23) längsverschiebbar ist.

2. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus mehreren, je einen Anschlußstutzen aufweisenden Gehäuseteilen (16 bis 20) zusammengesetzt ist, die bezüglich der Gehäuselängsachse gegeneinander verdrehbar sind.

3. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmige Ventilkörper (28 bis 30) und aus einem elastischen Werkstoff bestehende, Ventilsitzringe (24 bis 27) vorgesehen sind.

4. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschluß der Zuleitung (12) und der Anschlußleitung (9) des Sammlers (8) eines Filterbetts (4) in dem Gehäuse (19) eine Strömungsdrossel (53) eingebaut ist .

5. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Zentralstange (23) entgegen der Federanordnung (32) ein mit Druckluft beaufschlagbarer Kolben (37) vorgesehen ist.

6. Umschaltventil nach Anspruch 5 in Verbindung mit einem Filterbehälter (1) mit Ozonerzeuger und einem Kompressor (15) zur Speisung des Ozonerzeuger mit Druckluft, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (15) wechselweise zur Betätigung des Umschaltventils verwendbar 1st.