DE69017216T2

DE69017216T2 - Drehbares wechselventil mit flachen absperrschiebern.

Info

Publication number: DE69017216T2
Application number: DE69017216T
Authority: DE
Inventors: Raymond Mcneice; Royal Swanson
Original assignee: Memtec America Corp
Current assignee: Pall Filtration and Separations Group Inc
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH05501903A; US4936348A; EP0483236A1; WO1991001463A1; EP0483236B1; ATE118866T1; AU6048690A; EP0483236A4; DE69017216D1; CA2064051A1

Description

Diese Erfindung betrifft generell Umleitventile, und mehr im besonderen ein neues und verbessertes Drehumleitventil für die Verwendung in Filtriersystemen, wobei das genannte Ventil eine einzige flache Ventilgrenzfläche hat, um einen Null-Spiel-Metall-zu-Metall-Kontakt vorzusehen, und andere verbesserte Merkmale, um die Leckage zu minimieren und den Betrieb, die Reparatur und die Wartung desselben zu verbessern und zu vereinfachen, sowie die Herstellungstoleranzen zu erweitern, um dadurch die Kosten bei der Herstellung des Ventils zu vermindern.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt eine Anzahl von Herstellungsverfahren, welche die Bildung von Produkten aus Fluiden, wie "heißen Schmelzen", und Fluidenmonomer- und -polymerausgangsmaterialien, z. B. Nylon und Polyester, umfassen, worin es wesentlich ist, auf einer kontinuierlichen Strömungsbasis zu arbeiten. Solche Verfahren verwirklichen typischerweise Extrusions-, Einspritzungs-, Blasformungs-, Beschichtungs- und Sprühtechniken zur Herstellung einer Vielfalt von Produkten, wie synthetische Textilfasern, Kunststoffrohre bzw. -schläuche, Kunststoffplatten und -filme, Schutzbeschichtungen, Isolation auf elektrischen Drähten und dergleichen. Wegen der Schwierigkeiten beim anfänglichen Ingangsetzen derartiger Verfahren und bei der Reinigung der Ausrüstung nach einem Abstellen ist es in hohem Maße wünschenswert, solche Verfahren auf der Basis einer kontinuierlichen, ununterbrochenen Strömung zu betreiben.
In den meisten der oben angegebenen Verfahren ist es übliche Praxis, eine Filtereinheit in den Strom der Flüssigkeitsströmung aufzunehmen, um die Entfernung von Verunreinigungen zu bewirken, die andernfalls zu der Herstellung von mangelhaften Produkten führen könnten, oder welche ein Verstopfen der stromabwärtigen Ausrüstung, wie Spinndüsen oder Strangpreßformen, bewirken könnten. Natürlich müssen solche Filter auf einer periodischen Basis gereinigt oder ersetzt werden. Anstatt daß man das Verfahren abstellt, um solche Filter zu reinigen oder zu ersetzen, ist es übliche Praxis, ein Dualfiltersystem zu verwenden, um einen fortgesetzten, ununterbrochenen Betrieb zu ermöglichen. D.h., das Prozeßfluid wird durch das eine Filtersystem geschickt, während das andere gereinigt wird, ersetzt wird, oder in Bereitschaft ist. Wenn das in Benutzung befindliche Filtersystem genügend verschmutzt wird, daß eine Reinigung oder ein Austausch notwendig ist, wird das Prozeßfluid durch das andere Filtersystem geleitet, um eine solche Wartung zu ermöglichen. Demgemäß ist das eine oder das andere der beiden Filtersysteme immer in Benutzung, während das andere nicht in Benutzung und daher für die Wartung oder Bereitschaft verfügbar ist.
Wegen der kontinuierlichen Art solcher Verfahren ist es wünschenswert, wenn nicht wesentlich, daß die Umleitung des Prozeßfluids von einem Filtersystem zu dem anderen ohne irgendeine signifikante Änderung in den Fluidströmungsparametern erreicht wird, d.h. ohne irgendeine Änderung in der Fluidströmungsrate, dem Fluiddruck, der Fluidtemperatur, oder eine Einführung von Luft in das System, von denen jedes das glatte Funktionieren der stromabwärtigen Ausrüstung und die Qualität des Produkts, das hergestellt wird, nachteilig beeinflussen könnte. Im Hinblick auf diese Forderungen müssen die Umleitventile zum Umleiten des Prozeßfluids von einem Filtersystem zu dem anderen in hohem Maße spezialisierte Ventile sein, die so ausgebildet sind, daß sie eine solche ununterbrochene Umschaltung bewirken, und die typischerweise komplizierte Systeme zum Abzapfen von Fluid in das nichtbenutzte Filtersystem aufweisen, um Luft daraus zu entleeren und es bis zu dem Druck zu bringen, bevor eine Umschaltung erfolgt. Die Ventilhardware ist weiter aufgrund der ziemlich rigorosen Wartungsbedingungen kompliziert insofern, als die Prozeßfluide in hohem Maße korrosiv sein können und auf Drücken so hoch wie 35 MPa (5.000 psi) und Temperaturen von 315ºC (600ºF) oder mehr sein können. Ausserdem wird ihre Verwendung durch die Tatsache kompliziert, daß zwei solche Umleitventile, eines für den Einlaß und eines für den Auslaß, dazu gebracht werden müssen, daß sie gleichzeitig im Gleichlauf arbeiten, so daß die Umschaltung ohne irgendeine Unterbrechung oder Änderung in den Strömungscharakteristika durchgeführt werden kann.
Obwohl eine große Anzahl von Umleitventilen entwickelt oder vorgeschlagen worden ist, wobei die Technik fortfährt, solche Ventile fortschreitend zu verbessern, erreichen es alle Ventile des Standes der Technik nicht, alle die gewünschten Erfordernisse zu erfüllen. Z.B. können solche Ventile unangemessen groß sein, oder schwierig bei den damit verbundenen Fluiddrücken zu betätigen sein, oder schwierig zu reinigen, zu warten und zu reparieren sein, oder sie haben eine Tendenz, sich festzufressen oder Lecks zu entwickeln, was häufige Reparaturen notwendig macht.
Ein anderes übliches Problem, das mit vielen Umleitventilen nach dem Stande der Technik verbunden ist, besteht darin, daß die Ausbildung der Kanäle, durch welche die heißen Fluide hindurchströmen müssen, derart ist, daß isolierte Bereiche vorhanden sind, welche zu einem zeitweisen Einfangen und Stauen eines Teils des Prozeßfluids führen. Infolgedessen kann solches gestautes Prozeßfluid zersetzt werden, was eine schädliche Wirkung auf das Produkt hat, das hergestellt wird. Wenn z.B. Polyvinylchlorid verarbeitet wird, kann eine zeitweise Stauung desselben die Bildung von Salzsäure und Kohlenstoff bewirken, welche den gesamten Prozeß kontaminieren können. Als ein anderes Beispiel sei angegeben, daß die Stauung von Polyethylen bewirkt, daß es vernetzt oder carbonisiert und zu einem Gel gebildet wird.
Die meisten Umleitventile nach dem Stande der Technik benutzen ein Drehstopfenventil wegen seiner Einfachheit im Aufbau und Betrieb. Solche Ventile umfassen einen zylindrischen Stopfen, der innerhalb eines damit zusammenpassenden zylindrischen Hohlraums in dem Ventilkörper angebracht ist, wobei der zylindrische Stopfen Strömungskanäle enthält, die durch eine angemessene Drehung des Stopfens mit unterschiedlichen Strömungskanälen in dem Ventilkörper zur Fluchtung gebracht werden können. Es hat sich gezeigt, daß solche Drehstopfen nach dem Stande der Technik eine Tendenz haben, sich festzufressen oder zu fressen. Außerdem bewirkt die wiederholte Benutzung des Ventils eine Abnutzung der beiden zylindrischen Oberflächen mit dem Ergebnis, daß die Dichtigkeit des Sitzes bald verlorengeht, so daß dann eine Leckage resultiert. Da die zylindrischen Oberflächen fest sind, besteht keine Möglichkeit, die zylindrischen Oberflächen des Stopfens und des Ventilkörpers aneinander zu drükken und das Leck zu stoppen. Um dieses Problem auszuschalten, ist in fortgeschritteneren Umleitventilen ein kegelstumpfförmiger Stopfen verwendet worden, so daß der Stopfen in einer dichten Paßbeziehung unabhängig von der Abnutzung zwischen dem Stopfen und dem Ventilkörper gehalten werden kann. Beispiele solcher Ventile sind in den U.S. Patenten 3 455 357, Zink und 3 935 108, Forgues zu finden. Ein solcher Ventilaufbau hat jedoch eine sogar größere Tendenz, sich festzufressen oder zu fressen. Außerdem ist es so, daß, sollte der kegelstumpfförmige Stopfen gelockert oder in anderer Weise bewirkt werden, daß er sogar nur ein wenig von seinem konischen Sitz in dem Ventilkörper angehoben wird, eine Leckage von übermäßiger Größe resultiert.
In einigen Fällen des Standes der Technik sind in Umleitventilen Gleitplatten als der aktive Mechanismus zur Umleitung der Strömung benutzt worden, so daß dadurch die komplizierteren zylindrischen oder konischen Ventilgrenzflächen vermieden werden und man dadurch fähig ist, engere Toleranzen an den Ventilgrenzflächen aufrechtzuerhalten. Solche Gleitplattenventile erfordern jedoch typischerweise nichtmetallische elastische Dichtungen, um die Leckage zu steuern oder zu verhindern. Die Erfahrung hat gezeigt, daß solche Dichtungen den hohen Drücken und Temperaturen des Betriebs während einer signifikanten Zeitdauer nicht widerstehen und daher häufig ersetzt werden müssen.
Ein verbessertes Gleitplatten-Umleitventil ist in dem U.S. Patent 4 334 552, Blanchard offenbart, welches einen Metall-zu-Metall-Kontakt mit Null-Spiel an der Ventilgrenzfläche vorsieht. Die Abdichtung an der Grenzfläche wird durch eine Mehrzahl von Schrauben aufrechterhalten und gesteuert, die sich längs beider Seiten der Gleitplatte zur Einstellung des Grenzflächendrucks zwischen der Gleitplatte und dem Ventilkörper-Verteiler erstrecken. Obwohl dieses Umleitventil fähig ist, eine ausgezeichnete Abdichtung ohne die Verwendung von elastischen Materialien aufrechtzuerhalten, und außerdem gute Durchströmungscharakteristika zur Verminderung von irgendwelchen Bereichen niedrigen Strömens vorsieht, ist eine beträchtliche Mühe und Erfahrenheit erforderlich, um alle die Schrauben auf den genauen Grad im Drehmoment einzustellen, der wesentlich zum angemessenen Anziehen der Gleitplatte gegen den Ventilkörper-Verteiler ist. Außerdem sind die Herstellungstoleranzen zur maschinellen Verarbeitung der Gleitplatte und jener Oberflächen, die in Kontakt damit sind, außerordentlich eng, und demgemäß sind Wartung und Reparatur daran zeitaufwendig und teuer.

ABRISS DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Drehumleitventil, welches die vorteilhaften Merkmale sowohl der Drehumleitventile als auch der Gleitplatten-Umleitventile ohne die Nachteile von einem der beiden vereinigt. Obwohl das Ventil dieser Erfindung ein Drehelement als das sich bewegende Element benutzt, ist das Ventil insofern kein echtes Kegel- bzw. Stopfenventil, als die Ventilgrenzfläche, d.h. die Grenzfläche zwischen den die Fluidkanäle enthaltenden Ventilkomponenten, welche veränderbar zur Fluchtung gebracht werden müssen, nicht zylindrisch oder konisch ist, sondern vielmehr eine flache planare Oberfläche ist, die eine Null-Spiel-Metall-zu-Metall-Grenzflächen-Dichtung ist, so daß demgemäß die Verwendung von irgendwelchen externen Packungen, Dichtungen oder Abdichtungen eliminiert wird. Es ist eine unter Spannung stehende Verschraubung vorgesehen, um eine angemessene Abdichtung zwischem dem Drehumleiter und dem Ventilkörper durch eine einzigartige Anordnung von konischen federnden Unterlagscheiben und einer sphärischen Lageranordnung, welche axiale Fehlfluchtung aufgrund von nichtparalleler Belastung toleriert, so daß dadurch irgendeine Notwendigkeit zur kritischen Drehmomenteinstellung der unter Spannung stehenden Schrauben ausgeschaltet wird, aufrechtzuerhalten. Außerdem verwendet das Ventil dieser Erfindung eine Übergangs- oder Abnutzungsplatte an der Ventilgrenzfläche, welche unter niedrigen Kosten herstellbar und leicht austauschbar ist und dazu dient, irgendeine Abnutzung auf dem teureren Ventilkörper zu verhindern. Wegen dieser Merkmale sind die Herstellungstoleranzen signifikant herabgesetzt, während die zum Betreiben, Reparieren und Warten des Ventils erforderliche Erfahrung und Zeit in hohem Maße vermindert sind. Außerdem sind die Kanäle durch die Ventilkomponenten außergewöhnlich glatt verlaufend, um das Nichtvorhandensein von irgendwelchen Toträumen darin sicherzustellen, und sie minimieren demgemäß in großem Ausmaß die Möglichkeit einer Prozeßfluidstauung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Vorderaufrißansicht eines gemäß dieser Erfindung aufgebauten Umleitventils, die einige der verborgenen Teile mit gestrichelten Linien zeigt.
Figur 2 ist eine Seitenaufrißansicht des in Figur 1 gezeigten Umleitventils, die einige der verborgenen Teile mit gestrichelten Linien zeigt.
Figur 3 ist eine Aufsicht des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Umleitventils, die einige der verborgenen Teile mit gestrichelten Linien zeigt.
Figur 4 ist eine Aufsicht der Abnutzungsplatte.
Figur 5 ist eine Aufsicht des Drehumleiters, wie er in dem Umleitventil verwendet wird, das in den obigen Zeichnungen dargestellt ist.
Figur 6 ist eine Seitenansicht des Drehumleiters, wie er in Figur 5 gezeigt ist.
Figur 7 ist eine Aufsicht der Übergangsplatte, wie sie in dem Umleitventil verwendet wird, das in den obigen Zeichnungen dargestellt ist.
Figur 8 ist eine Schnittansicht der in Figur 7 gezeigten Übergangsplatte, wobei der Schnitt durch die radiale Mitte ausgeführt ist.
Figur 9 ist eine Aufsicht des Belastungsblocks, wie er in der Ausführung verwendet wird, die in den obigen Zeichnungen dargestellt ist.
Figur 10 ist eine Schnitt-Seitenansicht des in Figur 9 gezeigten Belastungsblocks, die weiter die sphärische Lageranordnung innerhalb desselben veranschaulicht.
Figur 11 ist eine Aufsicht einer anderen Ausführungsform eines Drehumleiters als eine Alternative zu jenem, der in Figur 5 gezeigt ist.
Figur 12 ist eine Seitenansicht des in Figur 11 gezeigten Drehumleiters.
Figur 13 ist eine Aufsicht eines typischen Hebelarms, wie er an dem Drehumleiter zu dem Zweck des Drehens des Drehumleiters angebracht ist.
Figur 14 ist eine schematiche Schnittansicht eines Filtriersystems, in das die Umleitventile dieser Erfindung eingebaut sind, wobei Fluidströmung durch ein Filtersystem gezeigt ist.
Figur 15 ist eine Ansicht des in Figur 14 gezeigten Systems, welche die Fluidströmung während der Übergangsperiode zeigt.
Figur 16 ist eine Ansicht des in den Figuren 14 und 15 gezeigten Systems, welche die Fluidströmung zeigt, nachdem das Umschalten vollendet worden ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Durch Bezugnahme auf die Figuren 1, 2 und 3 wird eine Ausführungsform eines Drehumleitventils erläutert, das gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist. Wie dargestellt, umfaßt das Ventil einen Ventilkörper (10), der auf der oberen Oberfläche einer Anbringungsplatte (20) angebracht ist, während ein Drehumleiter (30) drehbar innerhalb einer zylindrischen Ausnehmung auf der Unterseite der Anbringungsplatte (20) und gegen eine Übergangsplatte (40) positioniert ist. Die Übergangsplatte (40) ist innerhalb einer damit zusammenpassenden Öffnung in der Übergangsplatte (20) gehalten und wird dort durch die Kraft des Drehumleiters (30) gehalten, die sie fest gegen den Boden des Ventilkörpers (10) hält. Der Drehumleiter (30) wird indirekt durch einen Belastungsblock (50) an Ort und Stelle gehalten, der an die Unterseite der Anbringungsplatte (20) angeschraubt ist, wodurch eine sphärische Lageranordnung (60) zwischen den Belastungsblock (50) und den Drehumleiter (30) derart zwischengefügt ist, daß die sphärische Lageranordnung (60) einen gleichförmigen Aufwärtsdruck auf die Oberfläche des unteren Endes des Drehumleiters (30) selbst in dem Fall einer nichtparallelen Belastung und einer Fehlfluchtung des Belastungsblocks (60) anwendet.
Der Ventilkörper (10) ist ein massiver Block aus Material, vorzugsweise einem Metall, wie Stahl, und er ist mit einem Einlaßkanal und zwei Auslaßkanälen zum Leiten des Prozeßfluids zu irgendeinem der beiden Filtersysteme versehen. Speziell ist der Einlaßkanal (11) durch den Ventilkörper (10) vorgesehen, um das Prozeßfluid horizontal durch die Vorderseite desselben durch die Öffnung (11a) einzulassen und das Fluid nach abwärts zu richten, so daß es durch die Öffnung (11b) in der angenäherten Mitte der flachen Basisoberfläche (14) auf dem Ventilkörper (10) austritt. Zwei Auslaßkanäle (12) und (13) sind außerdem durch den Ventilkörper (10) hinter dem Einlaßkanal (11) vorgesehen, wobei ihre Einlaßöffnungen (12a) und (13a) in der flachen unteren Oberfläche (14) desselben sowie radial gegenüber der Öffnung (11b) versetzt sind, derart, daß sich die Kanäle (12) und (13) diagonal nach aufwärts und divergent bezüglich einander zu Auslaßöffnungen (12b) bzw. (13b) auf den geneigten oberen Oberflächen (15) bzw. (16) des Ventilkörpers (10) erstrecken. Schraubenlöcher (17) sind in den oberen Oberflächen (15) und (16) um die Öffnungen (12b) und (13b) zum Anbringen einer geeignten Rohrleitung für das Aufnehmen des Prozeßfluids und das Abgeben an jedes der beiden Filtersystems (1) und (2) (Figuren 14, 15 und 16) vorgesehen. In einer entsprechenden Art und Weise sind Schraubenlöcher (19) um den Einlaß (11a) herum zum Anbringen einer angemessenen Leitung für das Einlassen des Prozeßfluids in den Einlaßkanal (11) vorgesehen. Der Ventilkörper (10) ist mittels sechs Zapfen (nicht gezeigt) auf der Anbringungsplatte (20) befestigt, welche in die Basisoberfläche desselben derart geschraubt sind, daß sich die Zapfen durch die Anbringungsplatte (20) erstrecken, und befestigt mittels sechs Doppelzapfenmuttern (18).
Die Anbringungsplatte (20) ist, wie mehr im Detail in Figur 4 gezeigt ist, eine konventionelle Metallplatte, wie eine Stahlplatte, die mit einer Öffnung durch dieselbe versehen ist. Die Unterseite der Öffnung (21), welche mittig unter dem Ventilkörper (10) positioniert ist, ist ein zylindrischer Hohlraum, der dazu geeignet ist, den oberen Teil des Drehumleiters (30) aufzunehmen. Der obere Teil der Öffnung (22) kann von irgendeinem gewünschten Querschnitt sein, der genügend ist, um die Übergangsplatte (40) aufzunehmen, und ist, wie dargestellt, auch eine zylindrische Öffnung, die einen Durchmesser hat, der ein wenig kleiner als jener der unteren Öffnung (21) ist, so daß sich eine nach abwärts gewandte Oberfläche oder ein nach abwärts gewandter Flansch (23) ergibt, welcher, ohne die Übergangsplatte (40), die Aufwärtsposition des Drehumleiters (30) beschränken würde. Ein anderer kleiner Flansch (24) der in der Konfiguration ringförmig ist, ist um den unteren Rand der zylindrischen Öffnung (21) auf der Unterseite der Anbringungsplatte (20) zum Zwecke des Zurückhaltens eines Radiallagers (24) für den Eingriff mit dem zylindrischen oberen Umfang des Drehumleiters (30) vorgesehen.
Der Drehumleiter (30), der auch vorzugsweise aus einem harten metallischen Material, wie Stahl, ausgebildet ist, hat eine Kurzzylinderform mit einem Radius, der ausreicht, um drehbar in den zylindrischen Teil der Öffnung (21) in der Anbringungsplatte (20) zu passen, wobei der Umfang seiner flachen oberen Oberfläche (31) gegen die untere Oberfläche der Übergangsplatte (40) anliegt. Ein ringförmiges Lager (25), das innerhalb der zylindrischen Öffnung (21) in der Anbringungsplatte (20) positioniert ist und dort durch den Flansch (24) zurückgehalten wird, muß so dimensioniert sein, daß es bündig, aber drehbar um die zylindrische Wand oder den Drehumleiter (30) paßt. Die flache obere Oberfläche des Drehumleiters (30) ist mit einem langgestreckten Durchgang, einer langgestreckten Nut oder einem langgestreckten Kanal (32) versehen, der bzw. die radial darin maschinell hergestellt ist. Die langgestreckte Nut oder der Kanal (32) ist derart, daß ihre bzw. seine Seiten und Enden radial gerundet sind, wobei ein Ende der- bzw. desselben in der axialen Mitte der Oberfläche (31) ist, so daß das genannte Ende mit der kreisförmigen Öffnung (11b) in dem Ventilkörper (10) zusammenpaßt, während das andere Ende des Kanals (32) so ausgeführt sein kann, daß es mit irgendeiner der Öffnungen (12b) oder (13b) in Abhängigkeit von der Drehposition des Drehumleiters (30) zusammenpaßt. Demgemäß beeinträchtigt die Drehung des Drehumleiters (30) nicht die Fluchtung des Kanals (32) mit der Öffnung (11b) in der axialen Mitte, sondern bewirkt, daß sich das äußere Ende des Kanals (32) derart dreht, daß das äußere Ende des Kanals (32) mit irgendeiner der Öffnungen (12b) oder (13b) in dem ventilkörper (10), wie gewünscht, zur Fluchtung gebracht werden kann. Wegen dieses Betriebs ist es offensichtlich, daß die Öffnungen (12b) und (13b) radial äquidistant von der Öffnung (11a) sein müssen. Löcher (33) können innerhalb des Körpers des Drehumleiters (30) zu dem Zweck des Einfügens von Heizelementen (nicht gezeigt) und eines Temperatursensors oder eines Wärmeschalters (nicht gezeigt), wenn gewünscht, vorgesehen sein. Solche Heizelemente und ein solcher Schalter können in einigen Anwendungen notwendig sein, in denen das Prozeßfluid eine Schmelze ist, die auf einer gegebenen Temperatur gehalten werden muß. Einige Eingriffsmittel, wie Löcher (34), müssen auch zu dem Zweck des Anbringen eines Betätigungshebels (Figur 13) vorgesehen sein, welcher bewirkt, daß der Drehumleiter (30) in gewünschter Weise gedreht wird, um das Umleitventil zu aktivieren. Ein solcher Hebelarm kann manuell, elektrisch oder hydraulisch betätigt werden, und wenn zwei solche Ventile in eine Dualfiltereinrichtung eingebaut sind, werden beide Ventil normalerweise im Gleichlauf durch ein einziges Aktivierungsmittel betätigt. In einer bevorzugten Anordnung ist ein solches Ventil sowohl auf dem Einlaß als auch auf dem Auslaß der Filtereinrichtung derart vorgesehen, daß sich die Hebelarme über dieselbe aufeinander zu erstrecken, so daß ihre Enden in enger Nachbarschaft sind. Das Aktivierungsmittel wird daher an jedem der beiden Hebelarme so angebracht, daß sie im Gleichlauf gedreht werden können, so daß sie gleichzeitig betätigt werden.
Unter Bezugnahme auf den oben beschriebenen Drehumleiter sei erwähnt, daß der maschinell in der oberen Seite desselben hergestellte Kanal (32) vielleicht die leichteste Art und Weise ist, einen solchen Durchgang für das Prozeßfluid zu bewirken. Es sollte jedoch ersichtlich sein, daß der Querschnitt des Durchgang durch den Drehumleiter (30) in der Form eines "D" ist, so daß er demgemäß Ecken hat, welche in einigen Verfahren zu Stauproblemen führen könnten. Es ist ersichtlich, daß ein kreisförmiger Durchgang vorgesehen sein könnte, welcher sich vollständig durch den Körper des Drehumleiters erstreckt, und zwar mit Öffnungen zu demselben, die den Öffnungen in dem Ventilkörper entsprechen, wie es die kreisförmigen Enden des Kanals tun. Die Figuren 11 und 12 zeigen primitiv eine solche alternative Ausführungsform, worin der Kanal (32a) aus einem Durchgang besteht, der einen kreisförmigen Querschnitt vollständig innerhalb des Körpers des Drehumleiters (30a) hat. Obwohl die Herstellung einer solchen alternativen Ausbildung teurer sein würde, erbringt das Vorsehen eines solchen kreisförmigen Durchgangs durch den Körper des Drehumleiters den Vorteil des Aufrechterhaltens eines gleichförmigen kreisförmigen Querschnitts aller Kanäle überall in dem Ventil, so daß die Möglichkeit der Stauung des Prozeßfluids sogar weiter minimiert wird. Demgemäß wäre eine solche alternative Ausführungsform besonders vorteilhaft in jenen Verfahren, wo Stauung ein ernsthaftes Problem sein kann.
Die Übergangsplatte (40), die in größerem Detail in Figur 7 und 8 gezeigt ist, ist eine tortenstückförmige Metallplatte, wie Stahl, und dient dazu, eine abwärtige Verlängerung des Ventilkörpers (10) auszubilden, die sich zu der kreisförmigen Öffnung (21) in der Anbringungsplatte (20) erstreckt, und funktioniert als eine austauschbare Abnutzungsplatte zwischem dem Ventilkörper (10) und dem Drehumleiter (30). Die Übergangsplatte (40) ist mit drei Löchern durch dieselbe versehen, nämlich den Löchern (41), (42) und (43), welche direkt mit den Öffnungen (11b) bzw. (12a) bzw. (13a) in der Basisoberfläche des Ventilkörpers (10) fluchten. Die Übergangsplatte (40) ist außerdem mit Löchern oder teilweisen Löchern (44) versehen, die dazu geeignet sind, bündig um Paßstifte (nicht gezeigt) zu passen, die sich von der Basis des Ventilkörpers (10) aus erstrecken, so daß sie angemessen mit der Basis der Ventilkörpers (10) derart zusammegebaut werden kann, daß die Löcher durch dieselbe, nämlich die Löcher (41), (42) und (43) perfekt unter den Öffnungen (11b), (12a) und (13a), wie oben beschrieben, fluchten. Außerdem dienen die Paßstifte dazu, eine Drehung der Übergangsplatte (40) zu verhindern, wenn der Drehumleiter (30) aktiviert wird. Die Übergangsplatte (40) wird demgemäß zwischen den Ventilkörper (10) und den Drehumleiter (30) zwischengefügt, und ist lediglich eine entfernbare Verlängerung des ventilkörpers (10), so daß sie dadurch dem Zweck dient, irgendwelche physische Abnutzung auf der Oberfläche des Ventilkörpers (10) aufgrund des Reibungseingriffs zu verhindern. Demgemäß wird der Ventilkörper (10), dessen Herstellung ziemlich teuer ist, vor irgendwelcher Abnutzung bewahrt. Da die Basisoberfläche der Übergangsplatte (40) tortenstückförmig ist, ist ihre untere Oberfläche ziemlich gleichförmig um die Öffnungen (41), (42) und (43) herum. Daher wird der Abdichtungsdruck des Drehumleiters (30), der gegen dieselbe vorgespannt ist, auf die Mitte dieses Oberflächenbereichs konzentriert, so daß der Abdichtungsdruck an jeder der Öffnungen (41), (42) und (43) gleichförmig ist. Die Übergangsplatte (40) ist als austauschbare Komponente niedriger Kosten zur Verhinderung von Abnutzung auf dem Ventilkörper (10) gedacht, und demgemäß nutzt sie sich wegen ihres Reibungseingriffs mit dem Drehumleiter (30) ab. Alle Abnutzung wird daher primär auf die Übergangsplatte (40) und den Drehumleiter (30) beschränkt, welche für eine gelegentliche Versetzung auf irgendeine Weise gedacht sind, und wenn notwendig, ohne den Bedarf an speziellen Erfahrungen oder Spezialwerkzeugen schnell, leicht und billig ersetzt werden können. Es sollte daher ersichtlich sein, daß, obwohl die Übergangsplatte (40) ein sehr wünschenswertes Merkmal dieser Erfindung ist, sie nicht wesentlich ist, da der Drehumleiter (30), wenn gewünscht, in direktem Kontakt mit dem Ventilkörper (10) plaziert werden könnte.
Der Belastungsblock (50) ist eine andere metallische Komponente, wie ein aus Stahl hergestelltes Teil, und er ist zum Zwecke des indirekten Haltens des Drehumleiters (30) gegen die Übergangsplatte (40) an die Unterseite der Anbringungsplatte (20) geschraubt. Wie deutlicher aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist, ist der Belastungsblock (50) mit einem zylindrischen Hohlraum (51) versehen, der mittig in der oberen Oberfläche positioniert ist. Außerdem sind drei Löcher (52) auf jeder der entgegengesetzten Seiten des Belastungsblocks (50) vorgesehen, von denen jedes dazu geeignet ist, eine Schraube (53) und Druckfederunterlagscheibe (54) zum Zweck des unter Spannung stehenden Anschraubens des Belastungsblocks (50) an die Unterseite der Anbringungsplatte (20) aufzunehmen, derart, daß der Belastungsblock gegen die sphärische Belastungsbuchsenanordnung (60) vorgespannt wird, welche ihrerseits gegen den Drehumleiter (30) vorgespannt wird, um den Drehumleiter (30) straff gegen die Übergangsplatte (40) zu halten. Demgemäß kann durch angemessene Einstellung der Schrauben (53) der Druck des Drehumleiters (30) gegen die Übergangsplatte (40) in geeigneter Weise eingestellt werden, um den gewünschten Metall-zu-Metall-Kontakt mit Null-Spiel aufrechtzuerhalten.
Sphärische Buchsen, wie die sphärische Belastungsbuchse (60), die deutlicher in Figur 10 gezeigt ist, sind im Stand der Technik gut bekannt und bestehen typischerweise auf einem Bund (61), der eine teilweise sphärische äußere Oberfläche hat und sich im Eingriff mit einer damit zusammenpassenden Buchse (62) befindet, die eine negative, teilweise sphärische Oberfläche von dem gleichen Radius hat. Wie in Figur 10 gezeigt ist, ist der Lagerschaft (63) derart vorgesehen, daß der sphärische Bund (60) um das untere Ende desselben positioniert sein kann. Die obere Oberfläche des Lagerschafts (63) ist dazu geeignet, in Eingriff mit dem Unterteil des Drehumleiters (30) zu treten. Die Buchse (62) ist auf dem Boden des zylindrischen Hohlraums (51) angeordnet und dazu geeignet, den Bund (61) aufzunehmen. Wenn der Belastungsblock (50) nach aufwärts festgezogen wird, tritt die obere Oberfläche des Lagerschafts (63) in Eingriff mit der unteren Oberfläche des Drehumleiters (30), wobei sie ihn nach aufwärts gegen die Übergangsplatte (40) vorspannt. Wegen der sphärischen Buchsenanordnung (60) ist die Einstellung des Belastungsblocks (50) nicht kritisch, da die sphärische Buchsenanordnung (60) irgendeine Fehlfluchtung oder ungleichförmige Drehmomenteinstellung der unter Spannung stehenden Schrauben (53) kompensiert. Wie in Figur 10 gezeigt ist, sind der Lagerschaft (63) und der Bund (61) in einer Fehlfluchtungsposition dargestellt, um zu veranschaulichen, daß der Bund (61) und die Buchse (62) selbst in dieser Fehlfluchtungsposition angemessen im Eingriff sind. Löcher (53) sind in der Basis des Hohlraums (51) in der Nähe des Rands desselben zum Zwecke des Einführens eines schmalen Werkzeugs zur Erleichterung der Entfernung der Buchse (62), wenn das so gewünscht wird, vorgesehen.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen fundamentalen Merkmalen dieses erfindungsgemäßen Umleitventils, kann das Ventil auch wahlweise Merkmale aufweisen, wie ein Anzapfsystem zum Anzapfen des Prozeßfluids in ein nichtbenutztes Filtergehäuse vor dem Umschalten zum Zwecke des Entleerens von Luft aus demselben. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sei angegeben, daß das Anzapfsystem durch Vorsehen eines kleinen seitlichen Ausschnitts (45) in der Übergangsplatte (40) (Figuren 7 und 8) bewirkt wird. Demgemäß kann das Verfahrensfluid durch Drehen des Drehumleiters (30) in dem Einlaßventil um einen kleinen Betrag in der Richtung des außerhalb der Leitung befindlichen Filtergehäuses in das außerhalb der Leitung befindliche Filtergehäuse über den Ausschnitt (45) abgezapft werden, ohne die Strömung in das in der Leitung befindliche Filtergehäuse abzuschneiden. Dieser Betrieb ist deutlicher in Figur 15 abgebildet. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß ein solcher Anzapfausschnitt oder eine solche Anzapfaussparung (45) selbst für das Anzapfen insofern nicht wesentlich ist, als das Anzapfen dadurch bewirkt werden kann, daß man es lediglich dem Durchgang in dem Drehumleiter ermöglicht, den Rand des Kanals, der zu dem vorher unbenutzten Filtergehäuse führt, sehr leicht zu überlappen, so daß das gleiche Ergebnis bewirkt wird. Durch jede Technik von beiden ist es jedoch offensichtlich, daß die beiden Auslaßkanäle in dem Filtergehäuse nahe genug zusammen sein müssen, so daß der Durchgang in dem Drehumleiter fortfahren kann, das Einspeisen des Prozeßfluids in das in der Leitung befindliche Filtergehäuse aufrechtzuerhalten, während ein kleiner Betrag des Fluids in das außerhalb der Leitung befindliche Filtergehäuse abgezapft wird.
Wie es übliche Praxis in allen solchen Ventilen ist, wird es bevorzugt, daß jene Komponenten, die in Reibungseingriff sind, zu dem Zweck des Verhinderns eines Fressens der Oberfläche mit ungleichen Metallen plattiert bzw. galvanisiert werden. Da solche Techniken und Metallauswahlen in der Technik gut bekannt sind, ist hier keine weitere Diskussion erforderlich.
Im Betrieb müssen zwei solche Umleitventile in dem Filtriersystem vorgesehen sein, eines zum Steuern der Fluideinspeisung in die Filter, und eines zum Steuern der Fluidabführung aus den Filtern. Wie schematisch in Figur 14 gezeigt ist, sind die beiden Umleitventile angemessen eingestellt, um Verfahrensfluid durch das Filtergehäuse (2) einzulassen, während das Filtergehäuse (1) in Bereitschaft ist. Vor dem Umschalten der Strömung zum Filtergehäuse (1) wird der Einlaß-Drehumleiter nur teilweise nach dem anderen Filtergehäuse zu, d.h. dem Filtergehäuse (1), umgeleitet, um Verfahrensfluid in das Filtergehäuse (1) abzuzapfen, wie in Figur 16 veranschaulicht ist. Dann, nachdem das Filtergehäuse (1) angemessen mit dem Verfahrensfluid gefüllt und alle Luft daraus entleert ist, kann der Drehumleiter vollständig umgeleitet werden, um Verfahrensfluid durch das Filtergehäuse (1) hindurchzuschicken, und das Filtergehäuse (2) kann dann für die Wartung entfernt werden. In Anwendungen, in denen das Abzapfen erwünscht oder wesentlich ist, wird das Filtergehäuse normalerweise mit einem Entlüftungsauslaß versehen, durch welchen die Luft aus dem System entleert wird, wie dem Auslaß (72), der in den Figuren 14, 15 und 16 gezeigt ist. Solche Auslässe (72) müssen während des normalen Betrieb des Filtrierbetriebs geschlossen sein und werden nur während des Abzapfbetriebs geöffnet.
Im Hinblick auf die obige Beschreibung sollte es ziemlich ersichlich sein, daß das Drehumleitventil dieser Erfindung ziemlich einfach zu reparieren und zu warten ist. Wie oben bemerkt, ist das Ventil so ausgebildet worden, daß die Abnutzung der sich bewegenden Teile primär auf die Übergangsplatte (40) und den Drehumleiter (30) konzentriert wird. Wenn diese beiden Komponenten genügend abgenutzt sein werden, daß ein Austausch erwünscht ist, ist es eine einfache Sache, das zu tun. Speziell ist es so, daß es die Entfernung der Schrauben (53), welche als eine Sache von Minuten getan werden kann, die Entfernung des Belastungsblocks (50) und der sphärischen Lageranordnung (60) sowie die Absenkung des Drehumleiters (30) ermöglicht, welches die Übergangsplatte (40) freilegt. Die Übergangsplatte (40) wird dann lediglich von der Basisoberfläche des Ventilkörpers (10) gelöst, ohne daß irgendeine Notwendigkeit besteht, den ventilkörper (10) zu entfernen oder irgendeine der daran angebrachten Fluidrohrleitungen zu lösen. Wenn eine neue Übergangsplatte (40) zusammen mit dem Austausch des Drehumleiters angemessen eingefügt worden ist, werden der Belastungsblock und die sphärische Lageranordnung wieder an Ort und Stelle gebracht und durch Wiederanbringen der sechs Schrauben (53) und der Druckfederunterlagscheiben (54) an Ort und Stelle gehalten.
Zusätzlich zu dem obigen sollte ersichtlich sein, daß zahlreiche Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne vom dem Geist der Erfindung abzugehen. Z.B. kann die Anordnung der Fluidkanäle durch den Ventilkörper (10) in jeder gewünschten Form arrangiert werden, vorausgesetzt, daß die ventibetätigten Einlässe und Auslässe auf einer flachen Oberfläche des Ventilkörpers sind. Die Anbringungsplatte (20), welche primär als ein Körper zum Zusammenhalten der Bauteile dient, kann zur Erfüllung irgendeines gewünschten Bedürfnisses abgewandelt sein. In den meisten Anwendungen wird die Anbringungsplatte zusätzlich der Funktion dienen, ein Mittel zum Befestigen des Ventils oder der Ventile an der Filtergehäusehardware vorzusehen, oder sie kann tatsächlich ein Teil der Filtergehäusehardware sein. In einigen Anwendungen kann eine einzige Anbringungsplatte zum Halten von beiden Umleitventilen verwendet werden, wobei sie der zusätzlichen Funktion des Vorsehens eines Mittels zum Anbringen der Ventile an einem Filtergehäuse dient oder nicht. In anderen Anwendungen kann die Anbringungsplatte vollständig eliminiert sein, wenn das Ventil derart ausgebildet ist, daß der Belastungsblock direkt an dem Filtergehäuse angeschraubt wird. Wie bereits bemerkt, ist die Übergangsplatte nicht absolut wesentlich, aber sie ist erwünscht, um Abnutzung auf dem Ventilkörper zu verhindern. Die Übergangsplatte kann auch so hergestellt sein, daß sie jede gewünschte Konfiguration hat, wie sie wesentlich zur Ausbildung einer austauschbaren Verlängerung des Ventilkörpers ist. Wie bereits bemerkt, kann der Drehumleiter so ausgebildet sein, daß man eine Mehrzahl von unterschiedlichen Durchgängen darin in Abhängigkeit von dem Grad, bis zu welchem man eine Minimierung des Staus des Prozeßfluids wählt, vorsieht. Es sollte auch ersichtlich sein, daß das Umleitventil, wie es hier offenbart und gelehrt wird, ähnliche Vorteile in verschiedenen anderen Anwendungen, als es die Filtration ist, bietet.

Claims

1. Drehumleitventil, umfassend:

a. einen Ventilkörper (10), der einen Einlaßkanal (11) und zwei Auslaßkanäle (12, 13) durch denselben derart hat, daß jeder der drei Kanäle (11, 12, 13) eine Öffnung (11a, 12a, 13a) zu demselben durch eine einzige flache planare Oberfläche (14) des Ventilkörpers (10) hat, wobei die Öffnungen derart mit Abstand angeordnet sind, daß die Öffnungen zu den Auslaßkanälen (12, 13) radial equidistant von der Öffnung zu dem Einlaßkanal (11) sind;

b. einen Drehumleiter (30), der eine flache planare Oberfläche (31) hat und dazu geeignet ist, drehbar mit seiner flachen planaren Oberfläche (31) benachbart zu der flachen planaren Oberfläche (14) auf dem Ventilkörper (10) positioniert zu werden, wobei der Drehumleiter (30) einen Durchgang (32) darin hat, der mit der flachen planaren Oberfläche (31) in Verbindung steht und von genügender Größe und Dimension ist, daß sich der Durchgang (32) von dem Einlaßkanal (11) zu irgendeinem der Auslaßkanäle (12, 13) erstreckt;

c. einen Belastungsblock (50), der an den Ventilkörper (10) angeschraubt und dazu geeignet ist, gegen den Drehumleiter (30) vorgespannt zu werden, um den Drehumleiter (30) an Ort und Stelle zu halten und ihn gegen den Ventilkörper (10) vorzuspannen;

d. ein Mittel zum teilweisen Drehen des Drehumleiters (30), das ausreichend ist, um den Drehumleiter (30) auf der Achse der Öffnung zu dem Auslaßkanal (12, 13) auf dem Ventilkörper (10) so zu drehen, daß ein Ende des Durchgangs (32) stets mit dem Einlaßkanal (11) fluchtet, während das entgegengesetzte Ende des Durchgangs (32) wahlweise mit irgendeiner der Öffnungen zu den Auslaßkanälen (12, 13) in Fluchtung gebracht werden kann.

2. Drehumleitventil gemäß Anspruch 1, in welchem der Durchgang (32) in dem Drehumleiter (30) aus einer in der flachen planaren Oberfläche (31) ausgebildeten Rinne bzw. Auskehlung besteht.

3. Drehumleitventil gemäß Anspruch 1, in welchem der Durchgang (32) in dem Drehumleiter (30) aus einem kreisförmigen Durchgang innerhalb des Körpers (10) des Drehumleiters (30) besteht.

4. Drehumleitventil gemäß Anspruch 1, in welchem eine Übergangsplatte (40), die drei Öffnungen (41, 42, 43) durch dieselbe hat, zwischen den Ventilkörper (10) und den Drehumleiter (30) derart zwischengefügt ist, daß die drei Öffnungen (41, 42, 43) mit den drei Kanälen (11, 12, 13) in der flachen planaren Oberfläche zusammenpassen, so daß dadurch irgendwelche Abnutzung auf der Oberfläche des Ventilkörpers (10) verhindert wird.

5. Drehumleitventil gemäß Anspruch 4, in welchem die Übergangsplatte (40) in der Form tortenstückförmig ist, um einen gleichförmigen Oberflächebereich um die drei Löcher (41, 42, 43) herum auszubilden, so daß ein gleichförmiger Abdichtungsdruck an den drei Löchern (11, 12, 13) bewirkt wird, wenn der Drehumleiter (30) dagegen vorgespannt ist.

6. Drehumleitventil gemäß Anspruch 4, in welchem die Übergangsplatte (40) mit einem Material beschichtet ist, das verschieden von dem des Drehumleiters (30) ist.

7. Drehumleitventil gemäß Anspruch 1, das weiter ein Mittel (45) zum Ermöglichen eines Anzapfens darauf hat.

8. Drehumleitventil gemäß Anspruch 7, in welchem das Mittel (45) zum Ermöglichen eines Anzapfens aus einem kleinen seitlichen Ausschnitt benachbart zu jedem der Auslaßkanäle (12, 13) derart besteht, daß eine kleine Drehung des Drehumleiters (30) bewirkt, daß der Durchgang (32) fortfährt, mit dem einen Auslaß (12, 13) in Verbindung zu stehen, während er außerdem mit dem Ausschnitt (45), der mit dem anderen, benachbarten Auslaß (12, 13) verbunden ist, in Verbindung steht.

9. Drehumleitventil gemäß Anspruch 1, in welchem eine sphärische Lageranordnung (60) zwischen den Drehumleiter (30) und den Belastungsblock (50) zu dem Zweck des Vorsehens eines gleichförmigen Aufwärtsdrucks gegen die Unterseite des Drehumleiters (30) unabhängig von irgendeiner Fehlfluchtung des Belastungsblocks (50) oder einer Drehmomentungleichmäßigkeit in den Schrauben, die den Belastungsblock (50) an Ort und Stelle halten, zwischengefügt ist.

10. Drehumleitventil gemäß Anspruch 9, in welchem die sphärische Lageranordnung (60) einen Lagerschaft umfaßt, der dazu geeignet ist, gegen den Unterteil des Drehumleiters (30) vorgespannt zu werden, wobei das untere Ende desselben einen sphärischen Bund (61) hat, der in Eingriff mit einer sphärischen Buchse (62) ist, die an dem Belastungslager angebracht ist.

11. Drehumleitventil gemäß Anspruch 9, in welchem der Belastungsblock (50) durch eine unter Spannung stehende Verschraubung (53) mit der Unterseite des Ventilkörpers (10) verschraubt ist.

12. Drehumleitventil gemäß Anspruch 9, das weiter ein Mittel zum Heizen des Drehumleiters hat.

13. Drehumleitventil gemäß Anspruch 9, in welchem eine Anbringungsplatte vorgesehen ist, an der der Ventilkörper befestigt ist, wobei die Anbringungsplatte (20) eine Öffnung (21) durch dieselbe benachbart dem Ventilkörper (10) hat, die dazu geeignet ist, den Drehumleiter (30) benachbart dem Ventilkörper (10) aufzunehmen, und wobei das Mittel zum einstellbaren Vorspannen des Drehumleiters (30) gegen den Ventilkörper (10) mit der Anbringungsplatte verschraubt ist.

14. Drehumleitventil gemäß Anspruch 13, in welcher das Mittel zum Vorspannen des Drehumleiters (31) gegen den Ventilkörper (10) mittels einer unter Spannung stehenden Verschraubungsanordnung (53) angeschraubt ist.