DE3609897A1 - Mehrwege-schaltarmatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrwege-Schaltarmatur mit einem Gehäuse, das Anschlüsse zur Zu- und Abführung von mindestens zwei Fluidströmen sowie ein in dem Gehäuse drehbares Schaltelement aufweist, das abwechselnd jeweils zwei der Anschlüsse paarweise miteinander verbindet und die Anschlußpaare gegeneinander abtrennt.

Eine derartige Mehrwege-Schaltarmatur wird z.B. einge­ setzt, um zwei Fluidströme getrennt voneinander abwechselnd zwei Apparaten, wie beispielsweise Regeneratoren, Adsor­ bern oder Katalysatoren zu- bzw. daraus abzuführen. Die DE-OS 33 25 444 zeigt ein Verfahren, bei dem zwei Regene­ ratoren abwechselnd von zwei Fluidströmen durchströmt werden, wobei an jedem Ende der Regeneratoren eine Mehr­ wege-Schaltarmatur vorgesehen ist, von denen jede mit den beiden Regeneratoren sowie mit Anschlußleitungen für die beiden Fluide verbunden ist. Das Schaltelement in der Mehrwege-Schaltarmatur trennt in seinen Ruhe­ positionen die Fluidströme gegeneinander ab, wobei seine Ränder sowohl an der Mantelfläche am Umfang als auch an den beiden Stirnflächen gegen die Gehäusewand abge­ dichtet sind, um ein Umströmen des Schaltelements durch eines der Fluide zu verhindern. Die Dichtung besteht vor­ zugsweise aus Dichtleisten und mit diesen zusammen wirken­ den Dichtlippen, die an dem Schaltelement bzw. der Gehäuse­ wand befestigt sind.

Beim Umschalten des Schaltelements von der einen in die andere Endposition werden die Dichtungen voneinander weg­ bewegt, so daß das Schaltelement an den Stirnseiten um­ strömt wird. Dies hat ein unkontrolliertes Vermischen der Fluidströme sowie gegebenenfalls - sofern die Fluide unterschiedliche Drücke aufweisen - einen unkontrollierten Druckabfall auf der Seite des Fluides mit dem höheren Druck zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mehrwege-Schaltarmatur der eingangs genannten Art zu entwickeln, die ein unkontrolliertes Umströmen durch die angeschlossenen Fluidströme verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest abschnittweise zwischen den Stirnseiten des Schalt­ elements und den stirnseitigen Wänden des Gehäuses eine beim Umschaltvorgang gleitende Dichtung angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Mehrwege-Schaltarmatur ist an den Stirnseiten des Schaltelements eine Dichtung vorge­ sehen, die nicht nur in den Endstellungen des Schaltele­ ments, sondern auch während des Umschaltvorgangs zwischen dem Schaltelement und der Mantelfläche des Gehäuses ein Umströmen durch eines der Fluide verhindert. Die Dichtung gleitet beim Umschalten entlang der Oberfläche der stirn­ seitigen Gehäusewand bzw. entlang der Stirnfläche des Schaltelements, so daß während des gesamten Umschaltvor­ gangs kein unkontrollierter Spalt an den Stirnflächen ent­ steht. Vorzugsweise gleitet die Dichtung über die gesamte Stirnfläche des Schaltelements, sie behält jedoch ihre Dicht­ wirkung in weitgehendem Umfang auch noch, wenn sie nicht voll auf der Stirnfläche aufliegt und einen geringfügigen Restspalt zwischen den Stirnflächen läßt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstan­ des weist die Dichtung mindestens ein mit dem Schaltelement verbundenes Dichtelement auf, das sich von der Stirnfläche des Schaltelements bis zur angrenzenden Gehäusewand erstreckt.

Bei dieser Anordnung liegt das Dichtelement an der stirn­ seitigen Gehäusewand an und überstreicht diese während des Umschaltvorganges.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen­ standes ist jeweils ein Dichtelement an den seitlichen Rän­ dern des Schaltelements angeordnet.

Diese Anordnung setzt voraus, daß die Stirnfläche des Schaltelements breiter als zwei nebeneinander angeordnete Dichtungen ist. Damit wird einerseits die Abdichtung ver­ bessert und andererseits sichergestellt, daß bei Schalt­ elementen, die in beiden Drehrichtungen umgeschaltet werden, an der in Drehrichtung gesehen stirnseitigen Kante ein Dichtelement angeordnet ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen­ standes weist das Dichtelement eine Lippe aus einem konvex gewölbten Federblatt auf.

Das Federblatt ist vorzugsweise aus Federblech oder Feder­ stahl gefertigt, es ist jedoch auch denkbar, daß es aus Kunststoff gefertigt ist. Das wulstartig geformte Dicht­ element erfährt bei durch Temperaturschwankungen hervorge­ rufenen Längenänderungen nur relativ geringfügige Änderungen in seinem Krümmungsradius, so daß trotz Temperaturschwankungen eine gleichbleibend gute Abdichtung gewährleistet ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen­ standes ist die Dichtung im Bereich der Nabe des Schalt­ elements unterbrochen.

Bei dieser Anordnung, die insbesondere dann von Vorteil ist, wenn an beiden seitlichen Rändern des Schaltelements ein Dichtelement angeordnet ist, wird gezielt während des Um­ schaltvorgangs eine Strömung von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite im Bereich der Unterbrechungsstelle erzeugt. Die Strömung verhindert, daß sich Staub, Ruß oder andere Feststoffteilchen, die in den Fluidströmen gegebenenfalls enthalten sind, im Zwischenraum zwischen den Dichtelementen festsetzen.

Insbesondere erweist es sich als zweckmäßig, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal die Unterbrechung an dem auf der Niederdruckseite befindlichen Dichtelement vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist jeweils ein Dichtelement an den seitlichen Rändern des Schaltele­ ments vorgesehen. Die Unterbrechung befindet sich an dem Dichtelement, das sich auf der Seite des Fluids mit dem niedrigeren Druck befindet.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen­ standes weist das Schaltelement ein bikonkaves Profil auf.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen­ standes ist zwischen den Stirnflächen des Schaltelements und der Stirnfläche des Gehäuses eine Labyrinthdichtung vorgesehen. Die Labyrinthdichtung enthält wahlweise Laby­ rinthstege an der Stirnseite des Gehäuses und/oder an der Stirnfläche des Schaltelements. Die zusätzliche Laby­ rinthdichtung verbessert die stirnseitige Abdichtung zwi­ schen Schaltelement und Gehäuse. Sofern die Dichtelemente am Schaltelement befestigt sind, befinden sich die zusätz­ lichen Labyrinthdichtungen ebenfalls am Schaltelement.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen­ standes ist zwischen der Mantelfläche des Schaltelements und der Mantelfläche des Gehäuses ein definierter Spalt vorgesehen.

Diese Anordnung ist vor allem dann von Vorteil, wenn die der erfindungsgemäßen Mehrwege-Schaltarmatur zugeleiteten Fluide mit unterschiedlichen Drücken vorliegen. Wenn das Schaltelement während des Umschaltvorgangs die Anschluß­ öffnungen überstreicht, so kommt es schlagartig zu einer Verbindung der auf unterschiedlichen Druckniveaus befind­ lichen Strömungswege. Dabei treten Druckänderungen und Druckstöße auf, die zu Beschädigungen vor- und nachge­ schalteter Anlagenteile führen können. Beispiel hierfür ist bei einer Rauchgasentstickungsanlage ein vorgeschal­ tetes Saugzuggebläse sowie ein nachgeschalteter Kamin. Ist dagegen an der Mantelfläche des Schaltelements ein definierter Spalt vorgesehen, so gelangt vom Beginn des Umschaltvorgangs an, d.h. sobald das Schaltelement relativ zum Gehäuse aus seiner Endposition, in der es dicht mit dem Gehäuse verbunden war, bewegt wird, eine gewisse Menge des auf höherem Druck befindlichen Fluids in den Strömungsweg des Fluids mit dem niedrigeren Druck. Dadurch wird vom Beginn des Umschaltvorgangs an für einen gewissen Druckausgleich gesorgt und es treten keine plötzlichen Druckstöße auf. Die Spaltbreite muß so eingestellt sein, daß durch das Umströmen des Schalt­ elements an der Mantelfläche keine untolerierbare Druck­ absenkung auftritt. Es wurde gefunden, daß die beiden Forderungen bei einer Spaltbreite zwischen 1 und 100 mm, vorzugsweise 3 und 30 mm erfüllt werden.

Der Spalt an der Mantelfläche des Schaltelements steht nicht im Widerspruch zu der erfindungsgemäßen Abdichtung der stirnseitigen Zwischenräume zwischen Schaltelement und Gehäuse. Beim Drehen des Schaltelements während des Umschaltvorgangs treten im Zwischenraum zwischen der Mantel­ fläche des Schaltelements und dem Gehäuse genau definierte Strömungsverhältnisse auf, wohingegen an den stirnseitigen Zwischenräumen aufgrund der mit wachsendem Abstand von der Drehachse zunehmenden Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schaltelement und dem Gehäuse sehr komplexe Strömungs­ verhältnisse herrschen, die keine reproduzierbaren Ergeb­ nisse gewährleisten.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema einer Rauchgasentstickungs­ anlage als möglichen Anwendungsfall für eine erfindungsgemäße Mehrwege-Schaltarmatur,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Mehrwege-Schaltarmatur im Querschnitt,

Fig. 3 einen Längsschnitt der Mehrwege-Schaltarmatur gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitdichtung,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Gleitdichtung.

Bei dem Verfahren gemäß Fig. 1 sind zwei Mehrwege- Schaltarmaturen 5 mit jeweils vier Anschlüssen 1, 2, 3, 4 vorgesehen. Die Mehrwege-Schaltarmaturen 5 sind nur sche­ matisch dargestellt, um ihre prinzipielle Wirkungsweise zu veranschaulichen. Jede Vierwege-Schaltarmatur enthält ein Schaltelement 6, das zwischen der durchgezeichneten und der gestrichelt gezeichneten Endposition hin und her bewegbar ist. Wie anhand der nachfolgenden Figuren im einzelnen noch gezeigt wird, liegt in jeder Endposition das Schaltelement 6 dicht am Gehäuse 14 der Mehrwege- Schaltarmatur zwischen jeweils zwei benachbarten Anschlüs­ sen 1, 3 und 4, 2 bzw. 1, 2 und 3, 4 an. Auf diese Weise sind in der einen Endposition die Anschlüsse 1 und 2 sowie 3 und 4 jeweils paarweise miteinander verbunden, während in der anderen Endposition die Anschlüsse 1 und 3 sowie 4 und 2 paarweise miteinander verbunden sind. Die Anschlußpaare werden jeweils durch das Schaltelement 6 gegeneinander abgedichtet.

Beim Betrieb der Rauchgasentstickungsanlage wird Rauch­ gas mittels eines Saugzuggebläses über eine Leitung 7 dem Anschluß der linken Mehrwege-Schaltarmatur 5 zuge­ führt und gemäß der durchgehend gezeichneten Stellung des Schaltelements 6 zum Anschluß 2 geleitet, von dem aus es in einen Regenerator 8 gelangt, in dem es durch Wärmetausch mit der Speichermasse des Regenerators an­ gewärmt wird. Das angewärmte Rauchgas wird dem Anschluß 2 der rechten Mehrwege-Schaltarmatur 5 zugeführt und gemäß der durchgezeichneten Stellung des Schaltelements 6 dem Anschluß 4 zugeleitet, von dem aus es über eine Leitung 9 einer Entstickungseinrichtung 10 zugeführt wird, in der Stickoxide aus dem Rauchgas entfernt werden. Das gereinigte Rauchgas wird über eine Leitung 11 dem Anschluß 1 der rechten Mehrwege-Schaltarmatur zugeführt, von wo es dem Anschluß 3 zugeleitet wird. Der Anschluß 3 ist mit einem zweiten Regenerator 12 verbunden, in dem das gereinigte Rauchgas durch Wärmekontakt mit der vom vorhergehenden Schalttakt abgekühlten Speichermasse ge­ kühlt wird. Das gereinigte Rauchgas wird dann dem Anschluß 3 der linken Mehrwege-Schaltarmatur zugeführt, gelangt von dort zum Anschluß 4 und wird über eine Leitung 13 einem Kamin zugeführt. Durch gleichzeitiges Umschalten der Schaltelemente 6 werden die Regeneratoren 8, 12 in periodischen Zeitabständen vertauscht. Wenn die Schalt­ elemente 6 in der gestrichelt dargestellten Position sind, gelangt das Rauchgas 7 zuerst in den Regenerator 12, von diesem in die Entstickungseinrichtung 10 und nach Verlas­ sen desselben in den Regenerator 8, nach dessen Verlassen es dem Kamin zugeführt wird.

Prinzip und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Mehrwege- Schaltarmatur werden anhand der Schnittdarstellungen gemäß Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Die Mehrwege-Schaltarmatur besitzt ein zylindrisches Gehäuse 14, in dem ein bikonkaves Schaltelement 6 drehbar angeordnet ist. Die Mantelflächen 15 des Schalt­ elements 6 verlaufen parallel zur Mantelfläche des Gehäu­ ses 14 und sind mit radial nach außen weisenden Labyrinth­ stegen 16 versehen, die in axialer Richtung verlaufen. Zwischen den Spitzen der Stege und der Gehäusewand ist ein Spalt 17 vorgesehen, der eine Breite von z.B. 20 mm besitzt. An den Seitenwänden des Schaltelements 6 sind im Bereich der Stirnflächen Dichtleisten 18 angeordnet, denen an den stirnseitigen Gehäusewänden Dichtungen 19 zugeordnet sind, die sich von der Gehäusemitte radial zu den Seitenrändern der Anschlüsse 1, 4 erstrecken. In den beiden Ruhepositionen liegt das Schaltelement 6 jeweils mit den Dichtleisten 18 an den Dichtungen 19 an, so daß die beiden miteinander verbundenen Anschlußpaare 1, 3 und 2, 4 bzw. 1, 2 und 3, 4 gegeneinander vollstän­ dig abgedichtet sind.

Während des Umschaltens wirken die Dichtleisten 18 und die Dichtungen 19 nicht zusammen. Um ein unkontrollier­ tes Umströmen des Schaltelements 6 während des Umschaltens an seinen Stirnflächen zu verhindern, sind an den Stirn­ flächen des Schaltelements 6 in axialer Richtung weisende Dichtelemente 20 angeordnet, die sich von einer Nabe 21 des Schaltelements 6 in radialer Richtung bis zur Mantel­ fläche 15 erstrecken. Die Dichtelemente 20 sind jeweils an den seitlichen Rändern der Stirnflächen angeordnet. Die Dichtelemente 20 gleiten während des Umschaltens auf der stirnseitigen Gehäusefläche.

Grundsätzlich ist auch eine andere Ausführungsform denk­ bar, bei der die Dichtelemente sich an der stirnseitigen Gehäusewand befinden und auf der Stirnfläche des Schalt­ elements 6 gleiten.

Dasjenige Dichtelement 20, das sich auf der Seite des Fluids mit dem niedrigeren Druck befindet (im Beispiel der Rauchgasreinigung ist es dasjenige Fluid, das zum Kamin geführt wird) weist im Bereich der Nabe 21 eine Unterbrechung 22 auf, die gezielt eine Fluidströmung im Bereich der Nabe 21 bewirkt, so daß sich keine Staub-, Ruß- oder sonstigen Teilchen, die gegebenenfalls in den Fluidströmen enthalten sind, an der Nabe 21 fest­ setzen.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Dicht­ elements 20. Das Dichtelement weist hier ein Federblatt 23 aus einem Federblech, Federstahl oder Kunststoff auf, das konvex gewölbt ist und eine Lippe bildet. Diese An­ ordnung besitzt den Vorteil, daß Längenänderungen des Federblatts 23 aufgrund von Temperaturunterschieden nur geringen Einfluß auf die Wölbungshöhe besitzen, so daß die Dichtwirkung weitgehend unabhängig von Temperatur­ unterschieden ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegen­ standes gemäß Fig. 5 sind zusätzlich zu den gleitenden Dichtelementen 20 Labyrinthdichtungen an den Stirnflächen des Gehäuses 14 oder des Schaltelements 6 angeordnet, die durch in axialer Richtung weisende Labyrinthstege 24 gebildet sind. Damit läßt sich für den Fall, daß eines der Dichtelemente ausfällt, die Dichtigkeit des Schalt­ elements 6 weitgehend aufrechterhalten. Die Labyrinth­ stege 24 lassen im Gegensatz zu den auf der Stirnfläche des Gehäuses bzw. des Schaltelements gleitenden Dichtele­ menten 20 einen Spalt zwischen ihren Oberkanten und der angrenzenden Stirnwand.

Claims (9)

1. Mehrwege-Schaltarmatur mit einem Gehäuse, das Anschlüsse zur Zu- und Abführung von mindestens zwei Fluidströmen sowie ein in dem Gehäuse drehbares Schaltelement auf­ weist, das abwechselnd jeweils zwei der Anschlüsse paarweise miteinander verbindet und die Anschlußpaare gegeneinander abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest abschnittweise zwischen den Stirnseiten des Schalt­ elements und den stirnseitigen Wänden des Gehäuses eine beim Umschaltvorgang gleitende Dichtung angeordnet ist.

2. Mehrwege-Schaltarmatur nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtung mindestens ein mit dem Schaltelement verbundenes Dichtelement aufweist, das sich von der Stirnfläche des Schaltelements bis zur angrenzenden Gehäusewand erstreckt.

3. Mehrwege-Schaltarmatur nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß jeweils ein Dichtelement an den seitlichen Rändern des Schaltelements angeord­ net ist.

4. Mehrwege-Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement eine Lippe aus einem konvex gewölbten Federblatt aufweist.

5. Mehrwege-Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung im Bereich der Nabe des Schaltelements unterbrochen ist.

6. Mehrwege-Schaltarmatur nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Unterbrechung an dem auf der Niederdruckseite befindlichen Dichtelement vorgesehen ist.

7. Mehrwege-Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein bikonkaves Profil aufweist.

8. Mehrwege-Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirn­ flächen des Schaltelements und der Stirnfläche des Gehäuses eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist.

9. Mehrwege-Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mantel­ fläche des Schaltelements und der Mantelfläche des Gehäuses ein definierter Spalt vorgesehen ist.