DE4236464C2 - Leckagefreies Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Absperrventil mit Leckagesicherung, insbesondere für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 30 05 329 C2 ist ein gattungsgleiches Absperrventil bekannt, bei dem die beiden Ventilteller zum Reinigen des Sitzes getrennt von der Sitzfläche abgehoben werden können. Die Sitzflächen beider Ventilteller sind konisch ausgebildet und so ausgerichtet, daß beide Ventilteller in gleiche Richtung auf die Sitzfläche auffahren. Zwischen den Ventiltellern wird ein Leckageraum gebildet, der über eine Leitung gewöhnlich ins Freie mündet. Da beidseitig des von den Ventiltellern begrenzten Leckageraums Medium unter Druck anstehen kann, wird im geschlossenen Zustand der Ventilteller durch den Druck des anstehenden Mediums der obere zusätzlich auf den Sitz gepreßt, während der untere Ventilteller durch den Druck des anstehenden Mediums entlastet wird. Bei auftretenden Druckstößen im Leitungssystem kann dies soweit führen, daß der Ventilteller kurzzeitig aus seiner Schließlage abgehoben wird und geringe Mengen des Mediums übertreten können. Eine Vermischung der auf beiden Seiten anstehenden Medien kann in diesem Fall jedoch nicht auftreten.

Anders ist es im Reinigungsfall. Wenn bei dem bekannten Ventil der untere Ventilteller zur Reinigung der Sitzfläche angehoben wird, tritt die Reinigungsflüssigkeit in den geöffneten Leckageraum. Die im Leckageraum auftretende Druckerhöhung kann in ungünstigen Fällen dazu führen, daß auch der obere Ventilteller angehoben wird, so daß hier die Gefahr der Vermischung beider anstehenden Medien gegeben ist. Diese Gefahr ist beim Reinigen des oberen Ventiltellers nicht gegeben, da dann der anstehende Druck den unteren Ventilteller zusätzlich in seine Sitzfläche preßt.

Diesen Nachteil vermeidet das in der DE 31 33 273 A1 beschriebene Doppelsitzventil. Es weist eine in einem getrennten Gehäuse untergebrachte vierte Kolben- Zylinder-Einheit auf, die zur zusätzlichen Beaufschlagung des beim Reinigungshub geschlossenen Ventiltellers vorgesehen ist. Das Ventil weist also durch die konstruktive Trennung der unterschiedlichen Kolben-Zylinder-Einheiten zwei Baugruppen auf. Die erste Baugruppe beinhaltet einen Arbeitskolben, der wie bei einfachen Ventilen die Öffnungsbewegung beider Ventilteller bewirkt. Die zweite Baugruppe beinhaltet die übrigen Kolben-Zylinder-Einheiten, die für die getrennten Anhebbewegungen der Ventilsitze zum Reinigen sowie für die zusätzliche Beaufschlagung des geschlossenen Ventiltellers sorgen. Dadurch werden die Teiloffenstellungen der Ventilteller einzeln, voneinander unabhängig durch eigenständige Verstelleinrichtungen erzeugt, während beide Ventilteller über eine standardisierte Hauptverstelleinrichtung in ihre volle Offenstellung überführt werden.

Schließlich beschreibt EP 0 073 440 A1 ein Doppelsitzventil, bei dem der untere Ventilteller eine hydraulische Kraftausgleichsvorrichtung aufweist, damit Druckstöße im Leitungssystem das Ventil nicht öffnen können.

Aufgabe der Erfindung ist, das gattungsgemäße Ventil, bei dem in einem einzigen Zylinder alle Kolben integriert sind, die die zur Reinigung notwendigen Teiloffenstellungen bewirken, so weiterzubilden, daß bei der Sitzreinigung eines Ventiltellers, der andere Ventilteller zusätzlich mit Schließkraft beaufschlagt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Absperrventil dadurch gelöst, daß

• a) auf dem rohrförmigen Schaft des oberen Ventiltellers eine vierte Kolben-Zylinder-Einheit zur zusätzlichen Beaufschlagung des beim Reinigungshub geschlossenen, oberen Ventiltellers vorgesehen ist,
• b) für den Druckausgleich beim Reinigungshub eine Leitung zwischen dem Druckraum der vierten Kolben-Zylinder-Einheit und dem oberen Druckraum vorgesehen ist, und
• c) ein Teil des ersten Arbeitskolbens als Zylinder der vierten Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist sowie der vierte Kolben zwischen erstem und zweitem Kolben angeordnet ist.

Durch eine Leitung zwischen dem Druckraum der vierten Kolben-Zylinder-Einheit und dem Druckraum für den Reinigungshub wird ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand immer im richtigen Zeitpunkt die vierte Kolben- Zylinder-Einheit angesteuert.

Da der Zylinder der vierten Kolben-Zylinder-Einheit als Teil des ersten Arbeitskolbens ausgebildet ist, und der vierte Kolben zwischen dem ersten Kolben und dem unteren zweiten Kolben angeordnet ist, ergeben sich besonders günstige Abmessungen.

Die notwendigen Betätigungskräfte der Antriebseinheit lassen sich günstig beeinflussen, wenn die untere und obere Feder unterschiedliche Federkennlinien aufweist.

Demselben Zweck dient die Maßnahme, daß der untere Ventilteller eine hydraulische Kraftausgleichsvor­ richtung aufweist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

Diese zeigt schematisch einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Doppelsitzventil in Ruhestellung. Gemäß Fig. 1 besteht das Doppelsitzventil aus einem Gehäuse 1 mit Leitungsanschlüssen 2 und 3. Der flüssigkeitsdichte Abschluß zwischen dem oberen Gehäuse 4 und dem unteren Gehäuse 5 erfolgt durch einen oberen Ventilteller 6 und einen unteren Ventilteller 7. Zwischen den beiden Ventiltellern bildet sich in der dargestellten Schließposition der Ventilteller 6, 7 zwischen diesen ein Leckageraum 8, der durch eine Öffnung 9 und Bohrung 10 mit dem Leckageausgang 11 in Verbindung steht. Falls Flüssigkeit durch den unteren Ventiltellersitz 12 des Ventiltellers 7 durchleckt, wird sie aus dem Leckageraum 8 durch das angebrachte Leckageablaufrohr 14 in Freie abgeführt.

Falls Flüssigkeit durch den oberen Ventilsitz 13 hindurchtritt, wird diese ebenfalls aus dem Leckagehohlraum 8 in beschriebener Weise abgeführt.

Eine Vermischung der Flüssigkeiten, die sich im oberen Ventilgehäuse 4 und im unteren Ventilgehäuse 5 befinden, wird somit mit Sicherheit verhindert.

Der untere Ventilteller 7 ist fest mit einem Ventilschaft 15 verbunden. Der obere Ventilteller ist mit einem rohrförmigen Ventilschaft 16 fest verbunden, der seinerseits auf dem Ventilschaft 15 axial verschiebbar gelagert ist.

An das obere Ventilgehäuse 4 ist über Abstandselemente 17 ein Zylinder 18 angeschlossen. Am axial bewegbaren Ventilschaft 15 ist mittels Splint 19 ein erster Arbeitskolben 20 fest angebracht. Eine auf diesen ersten Arbeitskolben 20 wirkende vorgespannte Druckfeder 21 drückt über den Ventilschaft 15 den unteren Ventilteller 7 fest auf seinen Ventilsitz 12.

Auf dem rohrförmigen Ventilschaft 16 ist oberhalb von Sicherungsring 22 eine Widerlagerscheibe 23 befestigt. Eine vorgespannte Druckfeder 24 stützt sich mit einem oberen Ende an dem ersten Arbeitskolben 20 und mit dem anderen unteren Ende an der Widerlagerscheibe 23 ab. Die Kraft der Feder 24 drückt also über die Widerlagerscheibe 23 und den Ventilschaft 16 den oberen Ventilteller 6 auf seinen Ventiltellersitz 13.

Das Ventil ist auf diese Weise drucklos geschlossen.

Unterhalb des ersten Arbeitskolbens 20 befindet sich in Zylinder 18 ein zweiter Arbeitskolben 25, der auf dem rohrförmigen Ventilschaft 16 gelagert ist und dessen Hub von dem unteren Zylinderdeckel 26 und dem Anschlagring 27 begrenzt ist. Oberhalb des ersten Arbeitskolbens 20 ist im Zylinder 18 ein dritter Arbeitskolben axial verschieblich auf der Verlängerung 29 des Ventilschaftes 15 gelagert. Ein hülsenförmiger Bund 30 erstreckt sich in die Öffnung eines oberen Zylinderdeckels 31. Die Verlängerung 29 des Ventilschaftes 15 trägt einen Anschlagring 32, gegen den sich Hülse 30 abstützen kann.

Über Anschluß 33 kann ein oberer Druckraum 34, dessen Grenze oben der dritte Kolben 28 und unten der Arbeitskolben 20 bildet, mit Druckluft beaufschlagt werden. Im oberen Druckraum 34 ist eine gehäusefeste Widerlagerplatte 35 angeordnet, auf der sich Feder 21 oben abstützt. Die untere Fläche 36 des ersten Kolbens 20 ist teilweise zylinderartig zurückgesetzt. In den so gebildeten Zylinder ist ein vierter Arbeitskolben 37 eingepaßt und axial verschieblich auf dem rohrförmigen Ventilschaft 16 gelagert. Durch die Druckausgleichs­ leitung 38 herrscht im Hohlraum 39 zwischen viertem Kolben 37 und erstem Kolben 20 derselbe Druck wie im Druckraum 34.

Über Anschluß 40 kann der mittlere Druckraum 41 beaufschlagt werden, der oben von den vierten Kolben 37 und erstem Kolben 20 begrenzt wird und dessen untere Begrenzung der zweite Arbeitskolben 25 bildet.

Die untere Fläche des zweiten Arbeitskolbens 25 bildet mit dem unteren Zylinderdeckel 26 einen unteren Druckraum, der über Anschluß 48 mit Druckluft beaufschlagt werden kann.

Im dargestellten Spalt zwischen viertem Arbeitskolben 37 und zweitem Arbeitskolben 25 ist ein axialer Anschlagring 43 auf dem äußeren Ventilschaft 16 vorgesehen.

Der Spalt zwischen dem Ventilschaft 15 und dem rohrförmigen Ventilschaft 16 ist durch Dichtung 44 geschlossen. Zwischen dem rohrförmigen Ventilschaft 16 und dem oberen Ventilgehäuse 4 sind Dichtungen 45 im oberen Ventilgehäuse 4 vorgesehen.

Für den hydraulischen Kräfteausgleich im unteren Ventilgehäuse 5 ist auf dem Leckageablaufrohr 14 zusätzlich ein Ausgleichszylinder 46 angeordnet, dessen Durchmesser ungefähr dem Durchmesser des Ventiltellers 7 entspricht und der innerhalb des unteren Ventilgehäuses 5 axial verschieblich gelagert ist. Im Dichtspalt zwischen Ausgleichszylinder 46 und unterem Ventilgehäuse 5 ist Dichtung 47 angeordnet. Druckstöße in Rohrleitung 3 wirken somit mit gleicher Kraft auf den Ausgleichszylinder wie auch auf den Ventilteller, so daß in axialer Richtung sich die Druckkräfte ausgleichen.

Geöffnet wird das Ventil, indem Druckluft auf Anschluß 40 geschaltet wird. Die Druckluft tritt zwischen Anschlagring 27 und viertem Arbeitskolben 37 hindurch und bewegt somit den Kolben 37 nach oben, bis er gegen den ersten Kolben 20 stößt. Infolge des Flächenunterschieds zwischen der den vierten Kolben 37 umgebenden Ringfläche des ersten Kolbens 20 und der Fläche des vierten Kolbens 37 bewegt sich dieser zuerst und nimmt dann anschließend den Kolben 20 mit. Da der erste Kolben 20 mit dem inneren Ventilschaft durch einen Splint 19 verbunden ist, zieht Schaft 15 den Ventilteller 7 aufwärts bis er gegen den oberen Ventilteller stößt und so der Leckageraum 8 zwischen den beiden Ventiltellern geschlossen ist. Die Schließkraft wird von der unteren Feder 24 aufgebracht. Anschließend wird der obere Ventilteller vom unteren Ventilteller bei der Aufwärtsbewegung des ersten Kolbens 20 mit nach oben genommen bis zum Ende seines Hubes.

Das Schließen erfolgt in umgekehrter Abfolge. Dabei wird zunächst der am Druckluftanschluß 40 anstehende Druck entlastet. Die obere Feder 21, die sich am oberen Ende gegen die Widerlagerplatte 35 abstützt, treibt den ersten Arbeitskolben 20 mit viertem Kolben 37 nach unten, bis zunächst der obere Ventilteller 6 am oberen
Ventilsitz 13 zur Anlage gelangt. Gegenüber dem äußeren rohrförmigen Ventilschaft 16 bewegt sich der innere Ventilsschaft 15 zusammen mit dem unteren Ventilteller 7 von erstem Kolben 20 getrieben weiter nach unten, bis auch der untere Ventilteller 7 seine Endlage im unteren Ventilsitz 12 einnimmt. Dabei wird vom ersten Arbeitskolben 20 die untere Feder 24 komprimiert, die zwischen erstem Arbeitskolben 20 und der mit dem äußeren Ventilschaft 16 verbundenen Widerlagerscheibe 23 angeordnet ist.

Liegt an keinem der Luftanschlüsse 40, 33, 43 Druck an, ist also die gesamte Anordnung völlig entlastet, so werden die beiden Ventilsitze trotzdem mit einer von den Federn 21, 24 bestimmten Kraft auf die Sitzflächen 12, 13 gedrückt.

Beim Schließen bildet sich somit wieder der Abstand zwischen dem oberen Ventilteller 6 und dem unteren Ventilteller 7, so daß ein Leckageraum 8 zwischen den beiden Ventiltellern 6, 7 entsteht.

Zur Reinigung der Sitzfläche 12 des unteren Ventiltellers 7 kann dieser einzeln angehoben werden. Dabei wird an Druckluftzufuhr 33 Druck angelegt. Der in der oberen Druckkammer 34 anstehende Druck treibt, weil zwischen der oberen festen Widerlagerplatte 35 für Feder 21 und der Verlängerung 29 von Schaft 15 ein Spalt ist, den dritten Kolben 28 nach oben. Über den hülsenförmigen Bund 30 und Anschlagring 32 auf Verlängerung 29 wird diese mit Ventilschaft 15 geringfügig nach oben bewegt, bis der dritte Kolben 28 gegen den oberen Zylinderdeckel 31 stößt. Auf diese Weise wird der untere Ventilteller 7 abgehoben.

Nach Öffnen des unteren Ventiltellers steigt der Druck in der Leckagekammer 8. Es besteht die Gefahr, daß der obere Ventilkegel gegen die Kraft der Feder 24 abgehoben wird und sich die Medien mischen. Um dies zu vermeiden, besteht eine Druckausgleichsleitung 38 im ersten Kolben 20, die den oberen Druckraum 34 mit dem Raum 36 zwischen erstem Kolben 20 und viertem Kolben 37 verbindet.

Der an Anschluß 33 anstehende Druck breitet sich über Druckausgleichleitung 38 bis in Raum 36 aus und drückt den axial auf dem rohrförmigen Ventilschaft 16 gelagerten vierten Kolben 37 nach unten, bis er gegen den Anschlagring 43 stößt. Über Ring 43 wird die Kraft des vierten Kolbens 37 auf Schaft 16 übertragen, der dann den oberen Ventilteller 6 mit großer Kraft geschlossen hält. Zusätzliche schaltungstechnische Maßnahmen sind also nicht erforderlich.

Sobald die obere Druckkammer 34 entlastet wird, bewegt sich der am oberen Ende der Verlängerung 29 angebrachte Anschlagring 32 über Bund 30 den dritten Kolben 28 nach unten.

Der Reinigungshub des oberen Ventilkegels wird durch Anlegen von Druckluft an Anschluß 48 eingeleitet. Die Luft treibt den zweiten Kolben 25 nach oben, bis er gegen Anschlagring 43 stößt und diesen mit dem rohrförmigen Ventilschaft 16 nach oben treibt. Dieser hebt dann den oberen Ventilteller 6 aus seinem Sitz 13.

Wird der untere Druckraum 42 nun entlastet, so wird der zweite Kolben 25 über Anschlagring 43 von der unteren Feder 24 wieder in seine Ausgangslage zurückgedrängt.

Auf diese Weise ist ein Ventil verwirklicht, das ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand bei vorteilhaft kompakten Abmessungen der Antriebseinheit auch im Reinigungsbetrieb sicher das Mischen von Medien vermeidet.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Leitungsanschlüsse
3 Leitungsanschlüsse
4 oberes Gehäuse
5 unteres Gehäuse
6 oberer Ventilteller
7 unterer Ventilteller
8 Leckageraum
9 Öffnung
10 Bohrung
11 Leckageausgang
12 unterer Ventiltellersitz
13 oberer Ventiltellersitz
14 Leckageablaufrohr
15 Ventilschaft
16 rohrförmiger Ventilschaft
17 Abstandselement
18 Zylinder
19 Splint
20 Arbeitskolben (erster)
21 Druckfeder
22 Sicherungsring
23 Widerlagerscheibe
24 Feder
25 zweiter Arbeitskolben
26 unterer Zylinderdeckel
27 Anschlagring
28 dritter Arbeitskolben
29 Verlängerung
30 Bund
31 oberer Zylinderdeckel
32 Anschlagring
33 Anschluß
34 oberer Druckraum
35 Widerlagerplatte
36 untere Kolbenfläche
37 vierter Arbeitskolben
38 Druckausgleichsleitung
39 Hohlraum
40 Anschluß
41 mittlerer Druckraum
42 unterer Druckraum
43 Anschlag
44 Dichtung
45 Dichtung
46 Ausgleichszylinder
47 Dichtung
48 Anschluß

Claims (3)

1. Absperrventil mit Leckagesicherung, insbesondere für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, das in seinem Gehäuse zwei zusammenwirkende Ventil­ teller aufweist, die einen Leckagehohlraum begrenzen, der über Leitungen gewöhnlich ins Freie mündet, wobei für das Betätigen beider Ventil­ teller ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen ist, der einen Zylinder mit einem beidseitig von Druck­ federn belasteten, ersten Arbeitskolben enthält, welcher fest mit dem Ventilschaft des unteren Ventiltellers verbunden ist, wobei dieser Ventilschaft teleskopartig den oberen Ventilteller und dessen rohrförmigen Schaft durchsetzt, der seinerseits mit seinem oberen Ende in den Zylinder ragt und dort eine Scheibe trägt, die als Widerlager für die die beiden Ventilteller gegeneinander drückende, untere der Druckfedern dient, während die obere, sich mit ihrem oberen Ende gegen das Gehäuse abstützende Druckfeder die beiden Ventilteller gegen ihre Ventilsitze drückt, sowie im Zylinder unter der Widerlagerscheibe für die untere Druckfeder in Öffnungsrichtung des oberen Ventils wirkend ein zweiter, von unten beaufschlagbarer, auf den rohrförmigen Schaft wirkender Arbeitskolben angeordnet ist; und oberhalb eines Gehäusewiderlagers ein dritter Arbeitskolben zum Öffnen des unteren Ventils angeordnet ist, der auf dem Ventilschaft gleitend gelagert ist und mit dem Schaft bei Beaufschlagung zum Öffnen des Ventils über einen Anschlag zusammenwirkt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) auf dem rohrförmigen Schaft (16) des oberen Ventiltellers (6) eine vierte Kolben-Zylinder- Einheit (37, 20) zur zusätzlichen Beaufschlagung des beim Reinigungshub geschlossenen, oberen Ventil­ tellers (6) vorgesehen ist,
• b) für den Druckausgleich beim Reinigungshub eine Leitung (38) zwischen dem Druckraum (39) der vierten Kolben-Zylinder-Einheit (37, 20) und dem oberen Druckraum (34) vorgesehen ist, und
• c) ein Teil des ersten Arbeitskolbens (20) als Zylinder der vierten Kolben-Zylinder-Einheit (37, 20) ausgebildet ist sowie der vierte Kolben (37) zwischen erstem (20) und zweitem Kolben (25) angeordnet ist.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die untere und obere Feder (24, 21) unterschiedliche Federkennlinien aufweist.

3. Absperrventil nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der untere Ventilteller (7) eine hydraulische Kraftausgleichsvorrichtung (46) aufweist.