DE69627130T2 - Dreiwegeventil - Google Patents

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valve seat
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    • Y10T137/86493Multi-way valve unit
    • Y10T137/86879Reciprocating valve unit
    • Y10T137/86895Plural disk or plug

Description

  • Gebiet der Erfindung:
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Ventile, die bei ätzenden Flüssigkeiten ohne Erosion der Ventilkomponente und mit chemisch reinen Flüssigkeiten ohne diese schädlich zu beeinflussen benutzt werden können; und präziser auf Ventile, die den Gebrauch eines Tellerventils zur Steuerung der Flüssigkeitsverteilung durch das Ventil einbezieht.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Flüssigkeitsflusssteuerungsventile verschiedenster Art kommen in Anwendungsgebieten zum Einsatz, in denen die Innenseiten des Ventils ätzenden Säuren oder kaustischen Flüssigkeiten ausgesetzt sind, oder in denen die Reinheit der das Ventil durchfließenden Flüssigkeiten gewahrt werden muss. Ein Beispiel für ein solches Anwendungsgebiet ist die Halbleiterherstellende Industrie, in der durch ein Steuerventil verteilte Prozesschemikalien einen hohen Grad chemischer Reinheit wahren müssen, um Verunreinigung auf der mikroskopischen Ebene zu vermeiden. Solche Ventile sind entweder aus relativ inertem Material gebaut, wie zum Beispiel Fluorpolymer oder andere polymer Materialien, oder die Ventiloberflächen, die mit den fließenden Flüssigkeiten in Berührung kommen, oder die möglicherweise in Be rührung mit den Flüssigkeiten kommen könnten, sind mit solchen inerten Materialien beschichtet.
  • Flüssigkeitsflusssteuerungsventile auf dem Stand der Technik werden normalerweise anhand von Federkraft in die geschlossene Stellung gebracht und mittels eines elektromagnetischen Schalters oder über pneumatischen oder hydraulischen Druck und derart gesteuerte Schaltermittel geöffnet. Ventilverschlussfedern, wie sie herkömmlicherweise in solchen Ventilen eingesetzt werden bestehen aus einem metallischen Material und sind so konfiguriert, dass sie eine elastische Aktion ausführen. Solche Flüssigkeitsflusssteuerungsventile beinhalten des weiteren zumindest ein, und gewöhnlicher zwei Federplatten, die in der Ventilkammer des Ventils angeordnet sind. Jede Federplatte befindet sich in Kontakt mit der Flüssigkeit und dient zur Prävention vor dem Austreten der Flüssigkeit in den Ventilsteuerungsmechanismus und in die Umwelt.
  • Ein Ventilstab ist axial in der Kammer angeordnet und jede Federplatte ist an einem gegenüberliegenden Ende des Ventilstabs angebracht. Jede Federplatte umfasst einen peripheren Kantenabschnitt, der in einen angrenzenden Wandabschnitt des Ventilkörpers an jeder gegenüberliegenden Seite des Ventilkörpers greift.
  • Die Ventilverschlussfedern werden herrkömmlicherweise angrenzend an eine Oberfläche der Ventilfederplatte angebracht, die der durch das Ventil gelieferten Prozessflüssigkeit nicht ausgesetzt ist. Die Verteilung der Prozessflüssigkeit durch das Ventil wird über die Betätigung der Ventilstäbe in der Kammer gegen die Ventilsitze gesteuert. Die Bewegung der Ventilstäbe wird zum Teil durch die gesteuerte Verformung der Federplatten angepasst. Steuerventile, die in diesem Zusammenhang gebaut werden sind anfällig für Versagen durch sowohl die Möglichkeit eines eventuellen Federplattenbruchs als auch die große Anzahl an Leckwegen, die in solchen Konstruktionen stecken. Ein Ventil, das in diesem Zusammenhang gebaut wird hat vier Leckwege oder potentielle Stellen, durch die Flüssigkeit aus der Ventilkammer in den Ventilsteuerungsmechanismus oder in die Umwelt entweichen kann. Zwei Leckwege beinhalten die Befestigungspunkte zwischen den Federplatten und jedem gegenüberliegenden Ende des Ventilstabes und die anderen beiden Leckwege umfassen die Schweißnaht zwischen der peripheren Kante einer jeden Federplatte und der Ventilkörperwände.
  • Bruch der Federplatten oder Auslaufen durch irgendeinen der Leckwege ist nicht wünschenswert, da die durch die Ventilkammer fließende Prozesschemikalie in den Ventilkörper gelangen könnte, wo die ätzende oder kaustische Chemikalie in Kontakt mit den Ventilfedern kommen kann, und dadurch eine Quelle ionaler Verunreinigung der Prozesschemikalie geschaffen wird, die an andere flussabwärts gelegene Chemikalienprozesseinheiten weiter gegeben wird. Alternativ könnte Federplattenbruch oder Auslaufens zu Austreten der Prozesschemikalie aus der Ventilkammer durch den Ventilkörper auf den Erdboden oder in die Atmosphäre führen, wo die spezielle Prozesschemikalie eine Gefahr für die Umwelt oder ein Gesundheitsrisiko für nahes Bedienungspersonal darstellen könnte.
  • U.S. Patent Nr. 3,329,165 beschreibt ein magnetisch betriebenes Mehrwegeventil, das eine, sich durch ein Tellerventilelemtent erstreckende Schaltstange umfasst. Das Tellerventilelemtent liegt axial in einer zentralen Ventilkammer in Verbindung mit drei Flüssigkeitsanschlüssen. Die zentrale Ventilkammer wird aus einem Ventilkörper geformt, der aus vier durch eine schraubenartige Befestigung fixierten, gestapelten Ventilkörpergliedern besteht. Das Tellerventilelemtent umfasst zwei koaxiale konische Flächen, die zwischen gegenüberliegenden Ventilsitzen in der Ventilkammer angeordnet sind. Die axiale Bewegung der Tellerventilkomponente in der Ventilkammer steuert den Flüssigkeitsfluss durch das Ventil zu zwei der drei Ventilanschlüssen, in Abhängigkeit davon, ob das Tellerventil in Verbindung mit einem oder den anderen Ventilsitzen steht. Das Ventil umfasst metallische Versiegelungsringe an verformbaren, federplattenähnlichen Teilen des Tellerventils an gegenüberliegenden Enden, um jedes Tellerventilende an angrenzende Teile des Ventilkörpers zu sichern.
  • Das Ventildesign des oben genannten Patentes reduziert die Anzahl der Leckwege zwischen dem Tellerventilkomponente und der Ventilkammer auf zwei, eine an der Schnittstelle zwischen jedem verformbaren Endstücks des Tellerventils und dem angrenzenden Ventilkörper. Wie auch immer offenbart das Design mit vielen Ventilkörpergliedern zur Bildung des Ventilkörpers und der Ventilkammer zusätzliche Leckwege zwischen aneinander grenzenden Ventilkörpergliedern, welches die Möglichkeit von chemischen Auslaufen aus der Ventilkammer in die Umwelt nicht verringert. Es existiert also immer noch die Möglichkeit des Auftretens ionaler Verunreinigung in den chemischen Prozess durch Versagen des Tellerventilkomponentees nach Aussetzen der austretenden Prozesschemikalie mit den Metalringkomponenteen.
  • Zusätzlicherweise benötigt der Bau eines solchen Ventils einen großen Betrag an Maschinenarbeit um die Ventilkammer, Ventilsitze und Ventilanschlüsse zu konfigurieren, wodurch der benötigte Betrag an Zeit und Arbeit zur Herstellung des Ventils zunimmt und somit auch die Kosten des Ventils steigen.
  • US 4 108 205 beschreibt eine Ventilanordnung zur Verstärkung des Effekts der Anmeldung oder Entfernen des atmosphärischen Drucks auf ein Flüssigkeitsdruckentsprechenden Schalterkomponente, wie etwa einen pneumatischen Zylinder oder Blasebalg, der überlagerte Kammern beinhaltet, wovon eine mit der Atmosphäre, und der andere mit einer Vakuumquelle verbunden ist und zwischen liegend eine Kammer, die mit dem flüssigkeitsdruckentsprechenden Schalterkomponente verbunden ist und eigentlich den Anfang einer zum Schalterkomponente führenden Rinne bildet. Die mittlere Kammer könnte wahlweise so eingestellt sein, dass sie mit der einen oder der anderen der beiden äußeren Kammern durch ausgerichtete Öffnungen in den, diese Kammern von der mittleren Kammer trennenden, Wänden in Verbindung steht und könnte abwechselnd durch eine gewöhnlichen Stopper geschlossen werden, der bewegt wird, um die eine oder die andere der Öffnungen verschließt, so dass entweder atmosphärische Luft oder ein Vakuum durch diese mittlere Kammer auf das Schalterkomponente wirkt. Aus diesem Zweck ist der Stopper auf einem Stab befestigt, der mit einer Federplatte verbunden ist, die die Decke der Luftzufuhrkammer bildet und zur gleichen Zeit den Boden einer vierten Kammer formt, die durch ein zur äußeren Atmosphäre führendes Rohr unter atmosphärischem Druck steht, aber durch einen dünnen, von der Vakuumquelle durch den Stab des Stoppers dieser vierten Kammer führenden, Kanal evakuiert wird, wenn das Rohr verschlossen wird.
  • In der Behandlung von Flüssigkeiten deren chemische Reinheit gewahrt werden muss, um den gewünschten Grad an Qualität zur Produktherstellung unter Nutzung solcher Prozessflüssigkeiten zu gewährleisten, ist es wünschenswert, dass das Flüssigkeitssteuerventil in so einer Weise gebaut ist, dass die Möglichkeit, dass Verunreinigungen durch Kontakt der Prozessflüssigkeit mit Komponenten des Ventils während der Verteilung dadurch in den Prozess gelangen könnten, ausgeschaltet wird. Es ist daher erstrebenswert ein Flusssteuerungsventil in der Verteilung der Prozessflüssigkeiten oder Gasen zu gebrauchen, bei denen ein hoher Grad an chemischer Reinheit gewünscht wird, so dass keine Verunreinigung in den Prozess gelangt. Es ist wünschenswert, dass aus einem Material besteht, dass einen hohen Grad an chemischer Beständigkeit und thermischer Widerstandsfähigkeit besitzt, um Verminderung durch Kontakt mit ätzenden oder kaustischen Chemikalien und derart zu widerstehen. Es ist erstrebenswert, dass das Ventil auf eine Weise gebaut ist, die die innewohnende Anzahl an Leckwegen reduziert, wodurch das Potential für chemisches Auslaufen in die Umwelt minimiert wird. Es ist wünschenswert, dass es dem Ventil möglich ist bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck arbeiten zu können, ohne dass Gefahr eines Ventilversagens oder chemischen Auslaufens besteht. Es ist des weiteren erstrebenswert, dass das Ventil unter Gebrauch konventioneller Herstellungspraktiken aus vorhandenen Materialien gebaut wird, um die Herstellungskosten solcher Ventile zu reduzieren.
  • Übersicht über die Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist wie beansprucht in den angefügten Ansprüchen. Ein Dreiwegeventil zur Leitung des Flusses von Luft oder Flüssigkeit durch das Ventil zu einer oder anderen Abflüssen, im wesentlichen bestehend aus vier Komponenten, einem Ventilkörper, einem zweiten Ventilsitz, einer Tellerventilanordnung und einem Schalter. Die Ventilvorrichtung beinhaltet einen einteiligen Ventilkörper mit einem oberen Ende und einem untern Ende. Eine Einlassöffnung und eine erste und zweite Auslassöffnung, die zwischen dem oberen und unteren Ende angeordnet sind. Eine Ventilkammer ist zentral in einer axialen Stellung im Ventilkörper angeordnet. Ein erster Ventilsitz wird integral in Richtung des oberen Endes des Ventilkörpers mit der Ventilkammer gebildet und ist zwischen der Einlassöffnung und zweiten Auslassöffnung angeordnet.
  • Eine Tellerventilanordnung wird separat vom Ventilkörper geformt und ist zur axialen Bewegung in der Ventilkammer angebracht. Die Tellerventilanordnung beinhaltet einen Ventilschaft mit einem zwischen dessen oberen und unteren Enden gelegenen vergrößertem Durchmesser. Eine Membran wird integral mit dem oberen Ende des Ventilschaftes geformt und erstreckt sich radial daher. Der vergrößerte Durchmesser des Ventilschaftes liegt zwischen dem ersten und zweitem Ventilsitz und beinhaltet eine untere Schulter zum Anlegen des ersten Ventilsitzes in einer ersten axialen Stellung in der Ventilkammer. Der vergrößerte Durchmesser umfasst des weiteren eine obere Schulter zum Anlegen des zweiten Ventilsitzes in einer zweiten axialen Stellung in der Ventilkammer. Die Ventilvorrichtung umfasst ebenfalls Mittel um die auf- und abgehende Ventilanordnung zwischen den ersten und zweiten Stellungen zu bewegen.
  • Der Ventilkörper kann unter Nutzung konventioneller Gussform- oder Maschinenarbeit hergestellt werden und ist darauf ausgelegt, die Anzahl der Ventilkomponenten, ausgenommen der Mittel zum Schalten, auf drei zu reduzieren. Zusätzlich wird die Reduzierung der Ventilkomponenten dadurch erreicht, dass die auf- und abgehende Ventilanordnung eine Membran und einen vergrößerten Durchmesser integral mit dem Ventilschaft aufweist. Die Ventilvorrichtung, die nach den Prinzipien dieser Erfindung gebaut wird umfasst nur einen Leckweg, was die Möglichkeit eines Ventilversagens und die Möglichkeit eines Austretens ätzender oder kaustischer Chemikalien, was gefährlich für die Umwelt sein kann und/oder ein Gesundheitsrisiko für nahes Bedienungspersonal darstellen kann, minimiert. Die Ventilvorrichtung, die nach den Prinzipien dieser Erfindung gebaut wird benötigt auch keine Ventilfedern, wodurch eine Quelle ionaler Verunreinigung der Prozesschemikalie beseitigt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher zu verstehen sein, wenn die folgende detaillierte Beschreibung, beigefügten Ansprüche und begleitenden Zeichnungen in betracht gezogen werden, wobei:
  • 1 ist ein halb schematischer Querschnitt einer bevorzugten Gestaltung eines Dreiwegeventils, das sich in Anlehnung an die Praxis der vorliegenden Erfindung in einer ersten Arbeitsstellung befindet, indem der Fluss von ätzenden oder chemisch reinen Flüssigkeiten gesteuert wird;
  • 2 ist eine halb schematische, querschnittartige, bruchstückhafte Seitenansicht des Dreiwegeventils gemäß 1, und zeigt einen Ventilkörper;
  • 3 ist eine halb schematische, querschnittartige, bruchstückhafte Seitenansicht des Ventilkörpers entlang Linie 3-3 aus 2;
  • 4 ist Plandraufsicht auf den Ventilkörper gemäß 1 bis 3;
  • 5 ist eine perspektivische Draufsicht auf einen zweiten Ventilsitz, wie er in dem Dreiwegeventil gemäß 1 bis 4 zur Verwendung kommt;
  • 6 ist eine perspektivische Sicht von unten auf den zweiten Ventilsitz gemäß 5;
  • 7 ist eine halb schematische, querschnittartige, bruchstückhafte Seitenansicht des Ventilkörpers gemäß 1 bis 4 in einer zweiten Arbeitsstellung;
  • 8 ist eine halb schematische, querschnittartige, bruchstückhafte Seitenansicht des Dreiwegeventils, das den Ventilkörper aus 7 beinhaltet; und
  • 9 ist eine halb schematische, querschnittartige, bruchstückhafte Seitenansicht einer Ventilkörpergestaltung, die einen integralen zweiten Ventilsitz umfasst.
  • Detaillierte Beschreibung
  • In Bezug auf 1 und 2, werden halb schematische, querschnittartige, Seitenansichten einer bevorzugten Gestaltung eines Dreiwegeventils (10) in Übereinstimmung mit der Praxis der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Stellung und Orientierung der Komponenten des Dreiwegeventils (10) relativ zu einander, wie sie in der Zeichnung zu sehen sind, wird folgend erklärt. Generellerweise umfasst eine Ventilvorrichtung einen Ventilkörper (12), der ein offenes oberes Ende (14) nahe der Krone des Körpers und ein geschlossenes unteres Ende (16) nahe dem Fuß des Körpers aufweist. Eine Einlassöffnung (18) liegt durch die Seite des Ventilkörpers (12) in einer ersten Lage. Eine erste Auslassöffnung (20) liegt durch die Seite des Ventilkörpers (12) in einer zweiten Lage. Eine zweite Auslassöffnung (22) liegt durch die Seite des Ventilkörpers (12) in einer dritten Lage (auch dargestellt in 3).
  • Eine zylindrische Ventilkammer (24) liegt in einer zentralen Stelle des Ventilkörpers (12) und steht in Verbindung mit der Einlassöffnung (18), der ersten Auslassöffnung (20), und der zweiten Auslassöffnung (22). Eine auf- und abgehende Ventilanordnung (26) ist axial in der Ventilkammer angeordnet. Die auf- und abgehende Ventilanordnung (26) wird axial in der Kammer durch eine Schalteranordnung (28) (in 1 dargestellt), die auf dem oberen Ende (14) des Ventilkörpers (12) angebracht ist, verschoben. Die Schalteranordnung, dessen Verbindung zum Ventilkörper, und dessen Bedienung zur Bewirkung des axialen Verschiebens der auf- und abgehenden Ventilanordnung wird nachfolgend in größerem Detail erläutert.
  • In Bezug auf 2 könnte der Ventilkörper (12) einen Außenwandbelag der verschiedensten unterschiedlichen Formen besitzen, wie etwa zylindrisch, quadratisch, hexagonal, oktogonal oder derart, wenn er im horizontalen Querschnitt gezeigt wird. In einer bevorzugten Gestaltung hat der Ventilkörper eine oktogonale Konfiguration mit einem äußeren Durchmesser von ungefähr 38 Millimetern (1½ Zoll).
  • Der Einlass (18) und erste und zweite Auslass (20) und (22) sind jeweilig radial voneinander in Abständen entlang der Peripherie des Ventilkörpers angeordnet und liegen nahe dem Zentrum ihrer Höhe. In der dargestellten Gestaltung liegen die Einlassöffnung (18) und erste Auslassöffnung (20) in diametrisch gegenüberliegenden Seiten des Ventilkörpers, zum Beispiel 180 Grad voneinander entfernt, und die zweite Auslassöffnung (22) liegt zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen, zum Beispiel 90 Grad mit Bezug auf sowohl die Einlass- wie auch Auslassöffnungen (am besten dargestellt in 4). Es muss verstanden sein, dass andere Abstände und Stellungen der Einlass- und ersten und zweiten Auslassteilen genutzt werden können, wenn gewünscht. Zum Beispiel kann der Ventilkörper so konfiguriert werden, dass die erste und zweite Auslassöffnungen an diametrisch gegenüberliegenden Stellen, zum Beispiel 180 Grad von einader entfernt liegen, mit der Einlassöffnung zwischen den beiden Auslassöffnungen liegend, zum Beispiel 90 Grad von beiden Auslassöffnungen. Die Einlass- und Auslassöffnungen sind so konfiguriert, dass sie Gewindewandteile besitzen, so dass Gewindeverbindungen mit Rohren oder Schläuchen hergestellt werden können, um Flüssigkeiten und Gase aus dem Ventil heraus und in das Ventil hinein zu führen. In einer bevorzugten Gestaltung haben die Einlass und Auslassöftnungen einen Durchmesser von ungefähr 13 Millimetern (1½ Zoll).
  • Die Einlassöffnung (18) mündet in die sich vertikal erstreckende generell zylindrische Ventilkammer (24). Die Kammer hat eine Achse senkrecht zu der Einlassöffnung und verläuft vom oberen Ende (14) bis hin zu einer Stellung nahe dem unteren Ende (16) des Ventilkörpers. In einer bevorzugten Gestaltung, besitzt die Ventilkammer eine ungefähre Länge von 23 Millimetern (7/8 Zoll). Ein Einlasstransportgang (30) verläuft durch den Ventilkörper und verbindet die Einlassöffnung (18) mit der Ventilkammer (24). Der Einlasstransportgang besitzt einen kleineren Um fang als den der Einlassöffnung und verläuft durch den Ventilkörper mit einem geringfügig nach oben ausgerichteten Abweichungswinkel, wie von der Achse entlang der Einlassöffnung bestimmt wird. Folglich tritt der Einlasstransportgang an einer Stelle über der Achse der Einlassöffnung in die Ventilkammer (24) ein. Der Einlasstransportgang tritt durch eine Seitenwand (32) eines zentralen Teils (34) der Ventilkammer (24) ein.
  • Das zentrale Teil der Ventilkammer besitzt eine zylindrische Konfiguration und umfasst ein offenes Ende (36) an dessen Krone und ein teilweise geschlossenes Ende (38) an seinem Fuß, wobei das obere und untere Ende durch eine zylindrische Seitenwand (32) getrennt werden. In einer bevorzugten Gestaltung beträgt die Entfernung zwischen dem offenen Ende (36) und dem teilweise geschlossenen Ende (38) ungefähr 8 Millimeter (5/16 Zoll). Der Einlasstransportgang (30) tritt in die Seitenwand (32) jeweilig an einer Stelle ein, die etwa mittig zwischen den offenen und teilweise geschlossenen Enden (36) und (38) ein. Ein erster Ventilsitz (40 verläuft entlang des Umfangs um das teilweise geschlossene Ende (38) des zentralen Teils (34) und ist auf das obere Ende (14) des Ventilkörpers (12) ausgerichtet.
  • Die zweite Auslassöffnung (22) ist mit einem unteren Teil (42) der zylindrischen Ventilkammer 24 verbunden, die sich vom teilweise geschlossenen Ende (38 des zentralen Teils (34) zu einer an das untere Ende (16) des Ventilkörpers (12) angrenzende Stelle erstreckt. Das untere Teil (42) hat generell eine zylindrische Konfiguration, und erstreckt sich in einer bevorzugten Gestaltung vertikal in der Ventilkammer (24) über eine Entfernung von ungefähr 10 Millimetern (3/8 Zoll). Wie am besten in 3 und 4 dargestellt ist, verläuft ein zweiter Auslasstransportgang (44) durch den Ventilkörper und verbindet die zweite Auslassöffnung (22) mit dem unteren Teil (42) der Ventilkammer (24). Mit besonderem Bezug auf 3 besitzt der zweite Auslasstransportgang (44) einen kleineren Umfang als die zweite Auslassöffnung und verläuft durch den Ventilkörper unter einem leicht nach unten gerichtetem Abweichungswinkel, wie von einer Achse entlang der zweiten Auslassöffnung (22) bestimmt wird. Folglich tritt der zweite Auslasstransportweg unter der Achse der zweiten Auslassöffnung in das untere Teil (42) der Ventilkammer ein. Der zweite Auslasstransportweg tritt durch eine Seitenwand (46) in die Ventilkammer ein und definiert das unter Teil (42) in der Mitte des unteren Teils zwischen dem teilweise geschlossenen Ende (38) des zentralen Teils (34) und dem unteren Ende (16) des Ventilkörpers.
  • Im Bezug auf 2 und 3 umfasst das untere Teil (42) der Ventilkammer eine Schaftöffnung (48) mit einer generell zylindrischen Konfiguration, die sich vertikal im an das untere Ende (16) des Ventilkörper angrenzende unteren Teil erstreckt. Die Schaftöffnung hat einen Umfang, der dem des in der Ventilkammer sitzenden Ventilschaftes ähnelt, wie in größerem Detail nachfolgend erklärt wird. Die Schaftöffnung dient zur Ausrichtung des Ventilschaftes in der Kammer und um verschiebbares axiales Verschieben dessen darin zu ermöglichen.
  • In Bezug auf 2 ist die erste Auslassöffnung (20) mit einem oberen Teil (50) der Ventilkammer (24) verbunden. Das obere Teil (50) besitzt eine generell zylindrische Konfiguration und verläuft vertikal aus dem offenen Ende (36) des zentralen Teils (34) zum oberen Ende (14) des Ventilkörpers hin. In einer bevorzugten Gestaltung erstreckt sich das obere Teil (50) über eine Länge von 5 Millimetern (3/16 Zoll). Ein erster Auslasstransportgang (52) verläuft durch eine Seitenwand (54), die das obere Teil (50) der Ventilkammer definiert, und gewährleistet Flüssigkeitsflusskommunikation zwischen der ersten Auslassöffnung (20) und dem oberen Teil (50) der Ventilkammer. Wie am besten in 1 und 2 dargestellt ist, besitzt der erste Auslasstransportgang (52) einen kleineren Durchmesser als die erste Aus lassöffnung (20) und verläuft durch den Ventilkörper (12) unter einem leicht nach oben gerichteten Abweichungswinkel, wie er von der Achse der ersten Auslassöffnung bestimmt wird. Folglich tritt der erste Auslasstransportgang (52) über dem oberen Teil (50) der Ventilkammer an einer Stelle über der Achse der ersten Auslassöffnung ein.
  • Am besten in 2 zu sehen ist, dass das obere Teil (50) einen Kanal (56) umfasst, der entlang einer äußeren Oberfläche durch die Seitenwand (54) und entlang einer inneren Oberfläche durch eine Kammerwand (58) definiert wird. Die Kammerwand (58) ist axial in der Ventilkammer angeordnet und verläuft vertikal zwischen den zentralen und oberen Kammerteilen. In einer bevorzugten Gestaltung erstreckt sich der Kanal vertikal über ungefähr 13 Millimeter (½ Zoll). Wie am besten in 4 zu sehen ist, erstreckt sich der Kanal 56 konzentrisch um die Ventilkammer aus einer Stellung die den ersten Auslasstransportgang (52) und eine vorherbestimmte Entfernung in Richtung, zu beinhaltet, aber den Einlasstransportgang (30) nicht umfasst. In einer bevorzugten Gestaltung erstreckt sich der Kanal konzentrisch in einer halbkreisartigen Form von ungefähr 180 Grad in der Ventilkammer. In Bezug auf 2 liegt der Teil des Ventilkörpers auf der Peripherie gegenüberliegend zum Kanal (56), zum Beispiel umfassen die verbleibenden 180 Grad, die sich konzentrisch von der Einlassöffnung (18) zu der zweiten Auslassöffnung (20) erstrecken, ein festes Teil des Ventilkörpers (12), das sich vertikal von dem zentralen Teil (34) der Ventilkammer zu seinem oberen Teil (50) erstreckt, und besitzt eine flache, angrenzend an das offene Ende (36) des zentralen Teil (34) gelegene, Oberfläche 60).
  • In Bezug auf 2, 3 und 7 ist ein zweiter Ventilsitz (62) um das offene Ende (36) des zentralen Teils (34) gelegen und in Richtung des unteren Endes (16) des Ventilkörpers ausgerichtet. Der zweite Ventilsitz liegt separat und nicht integral mit dem Ventilkörper. Wie am besten in 5 und 6 dargestellt ist, besitzt der zweite Ventilsitz (62) eine generell zylindrische Konfiguration mit einem offenen Ende (64) am einen Ende des Sitzes und ein teilweise geschlossenes Ende (66) an einem gegenüberliegenden Ende des Sitzes, worin die offenen und teilweise geschlossenen Enden (64) und (66) jeweilig von einer zylindrischen Wand (68) voneinander getrennt werden. In einer bevorzugten Gestaltung hat die zylindrischen Wand (68) einen äußeren Durchmesser von ungefähr 16 Millimetern (5/8 Zoll) und erstreckt sich zwischen dem offenen und teilweise geschlossenen Ende über einen Länge von ungefähr 5 Millimetern (3/16 Zoll). Wie am besten in 6 zu sehen ist, umfasst das teilweise geschlossene Ende (66) eine Rinne (70), die am Umfang angeordnet ist und eine vorbestimmte Tiefe in dem, an eine periphere Kante der Wand (68) angrenzende, teilweise geschlossenen Ende besitzt. Die Rinne 70 ist so konfiguriert, dass das Plazieren einer im Ventilkörper geformten Rippe (72) ergänzt und ermöglicht, wodurch eine Zunge und rinnenartiges Installationsanordnung geformt wird. Die Rippe (72) sitzt am offenen Ende (36) des zentralen Teils (34) der Ventilkammer und erstreckt sich um dessen Umfang. Das Platzieren des teilweise geschlossenen Ende (66) des zweiten Ventilsitzes (62) auf dem offenen Ende (36) des zentralen Teils (34) der Ventilkammer bildet ein Luft- und Flüssigkeitsdichtes Siegel zwischen der Wand (32) des zentralen Teils (34) der Ventilkammer und dem teilweise geschlossenen Ende (66) des zweiten Ventilsitzes (60).
  • Wie in 5 am besten zu sehen ist, umfasst das offene Ende (64) des zweiten Ventilsitzes eine Vielzahl an Öffnungen (65) in der zylindrischen Wand (68). Die Öffnungen (65) dienen dazu Luft- oder Flüssigkeitstransfer aus der Einlassöffnung (18) zu der ersten Auslassöffnung (20) zu ermöglichen, wie nachfolgend noch detaillierter erklärt wird.
  • In Bezug auf 2 und 3 liegt die auf- und abgehende Ventilanordnung 26) im Ventilkörper (12) und umfasst einen Ventilschaft (76), der vertikal in der Ventilkammer (24) angeordnet ist, zum Beispiel liegt die Achse des Ventilschaftes parallel zu der Achse der Ventilkammer. Der Ventilschaft umfasst ein erstes Ende 78) am Boden der auf- und abgehenden Ventilanordnung angrenzend an das untere Ende (16) des Ventilkörpers und ein zweites Ende (80) an der Krone der auf- und abgehenden Ventilanordnung angrenzend an das obere Ende (14) des Ventilkörpers liegend. In einer bevorzugten Gestaltung besitzt der Ventilschaft eine Länge von ungefähr 19 Millimetern (¾ Zoll). Das erste Ende (78) liegt in der Schaftöffnung (48) des unteren Teils (42) der Ventilkammer und ist so abgeschätzt, dass axiales Verschieben nach oben oder unten in der Schaftöffnung zu erleichtern. Das zweite Ende (80) umfasst eine Membran (82), die integral mit dem Ventilschaft liegt. Die Membran 82 umfasst eine runde plattenartige Oberseitenoberfläche (84), die ein zentral liegendes verformbares Teil (86) integral mit dem Ventilschaft hat. In einer bevorzugten Gestaltung besitzt die Membran einen Durchmesser von ungefähr 25 Millimetern (1 Zoll).
  • Die Membran (82) liegt über dem oberen Ende (14) des Ventilkörpers mit einer Bodenoberfläche (88) ausgerichtet in Richtung des unteren Ende (16). Die Membran (82) umfasst eine Lippe (90), die sich von der Bodenoberfläche umfänglich nach unten um eine periphere, den äußeren Durchmesser der Membran bestimmenden, Kante erstreckt. Die Lippe (90) ist so konfiguriert, dass sie in der Rinne (92) platziert werden kann, die sich umfänglich um das obere Ende (14) des Ventilkörpers erstreckt. Die Membranlippe (90) passt in die Rinne (92) um ein luft- und flüssigkeitsdichtes Siegel zwischen dem oberen Teil (50) der Ventilkammer und dem oberen Ende (14) des Ventilkörpers zu bilden.
  • Der Ventilschaft (76) umfasst einen vergrößerten Durchmesserbreich (94) integral mit dem Ventilschaft, der sich radial über eine vorbestimmte Entfernung vom Schaft entfernt und zwischen dem ersten oder unteren Ende (78) und dem zweiten oder oberen Ende (80) liegt. In einer bevorzugten Gestaltung besitzt der vergrößerte Durchmesserbereich (94) einen Durchmesser von ungefähr 8 Millimetern (5/16 Zoll) und eine Achsenlänge von ungefähr 6 Millimetern (¼ Zoll). Der vergrößerte Durchmesserbereich liegt im zentralen Teil (34) der Ventilkammer (24) zwischen dem ersten Ventilsitz (40) und dem zweiten Ventilsitz (62). Der vergrößerte Durchmesserbereich (94) umfasst eine obere Schulter (96), die angrenzend zum zweiten Ende (80) liegt, und eine, angrenzend an das erste Ende (78) liegende, untere Schulter (98), um ein Einrasten der Siegel jeweilig mit dem angrenzenden zweiten und ersten ventilsitz (62) und (40) zu ermöglichen.
  • In Bezug auf 2, 3 und 7 liegt der zweite Ventilsitz (62) um den Ventilschaft (76) zwischen der oberen Schulter (96) und der Membran (82). Die Membran (82) umfasst eine kreisartige Rippe (100) auf der Bodenoberfläche (88) von geeigneter Größe, um ein Platzieren des offenen Endes (64) des zweiten Ventilsitzes darin zu ermöglichen. Die Rippe dient dazu, ein Ausrichten des zweiten Ventilsitzes um die Bodenoberfläche (88) der Membran zu erleichtern.
  • In Bezug auf 8 liegt die Schalteranordnung (28) angrenzend an das obere Ende (14) des Ventilkörpers. Die Schalteranordnung ist über ein Gewinde mit einem gewindetem Teil einer, entlang dem oberen Ende verlaufenden, Außenwand (102) verbunden. Die Schalteranordnung umfasst einen Schalter (104), der die auf- und abgehende Ventilanordnung in der Ventilkammer (24) zwischen einer Stellung, bei der die untere Schulter (98) komprimiert mit dem ersten Ventilsitz (40) verbunden ist (wie auch in 7 dargestellt ist), und einer zweiten Stellung, bei der die obere Schulter (96) komprimiert mit dem zweiten Ventilsitz (62) verbunden ist (wie in 1, 2 und 3 zu sehen ist), verschiebt. Die Art des Schalters kann aus der Gruppe der herkömmlich verwendeten, betätigten Schaltern, die elektronisch, pneumatisch oder manuell betätigte Schalter umfasst, ausgewählt werden. In einer bevorzugten Gestaltung ist der Schalter (104) ein standart elektronischer Solenoid.
  • Der elektronische Solenoid (104) umfasst einen zylindrischen Elektromagneten (106) und ein zentral liegendes Loch (108), das sich entlang einer Achse des Elektromagneten aus einem ersten oder oberen Ende (110), an der Krone der Schalteranordnung (28), zu einem zweiten oder unteren Ende (112), am Fuße der Schalteranordnung, angrenzend an das obere Ende (14) des Ventilkörpers (12) erstreckt. Das Loch (108) umfasst einen vergrößerten Durchmesserbereich (114) nahe dem ersten Ende, der Platzieren eines Kolbens (116) darin durch Verschieben ermöglicht. Der Kolben ist axial in dem vergrößertem Durchmesserbereich (114) als Reaktion auf das Anlegen eines Stroms an den Elektromagneten (104) über Kabel 118) verschiebbar. Ein Schutz (113) ist am ersten Ende (110) der Schalteranordnung (28) befestigt. Eine Schaltstange (120) ist über ein Gewinde an einem Ende 122) des Kolbens (116) und an einem gegenüberliegenden Ende (124) mit der auf- und abgehenden Ventilanordnung (26) verbunden. In einer bevorzugten Gestaltung hat die Schaltstange eine Länge von ungefähr 70 Millimetern (2¾ Zoll).
  • Eine Feder (126) liegt in einer Federhöhle (127) des Kolbens (116) und zwischen den Kolben (116) und ein Halsteil (128) des Lochs (108). Das Loch 108) umfasst einen verkleinerten Durchmesserbereich (130), der axial vom Halsteil zu einer, an das zweite oder untere Ende (112) des Elektromagneten (106) angrenzenden, Stelle verläuft. Die Feder (126) dient dazu, den Kolben (116) in einer Stellung im vergrößertem Durchmesserbereich (114) zu halten, so dass eine Hauptoberfläche (117) des Kolbens von einem angrenzenden Teil (132) des Elektromagneten entfernt liegt, wenn der Elektromagnet nicht aktiviert ist, wie in 1 dargestellt ist. In dieser Stellung legt die Feder eine ausreichende, nach oben gerichtete Kraft an die auf- und abgehende Ventilanordnung, damit die obere Schulter (96 komprimiert in den zweiten Ventilsitz (62) greift. Wie nachfolgend in noch größerem Detail erklärt wird, entspricht die Stellung des Kolbens in 1 der zweiten Stellung der auf- und abgehenden Ventilanordnung (26) vis-a-vis der Ventilkammer.
  • In Bezug auf 7 und 8 umfasst die auf- und abgehende Ventilanordnung eine zentrale Höhle (134), die axial durch den Ventilschaft (76) eine vorbestimmte Entfernung aus dem oberen Ende (80) zum unteren Ende (78) verläuft. Die zentrale Höhle (134) ist gewindet um eine Gewindeverbindung mit dem unteren Ende (124) der Schaltstange (120) darin eingehen zu können. Die Membran (82) umfasst ein zentral liegendes, rundes, unterbrochenes Teil (136) an der oberen Oberfläche (84) in axialer Ausrichtung mit der zentralen Höhle (134) des Ventilschaftes, um das Platzieren eines Schulterbereichs (138) der Schaltstange darin zu ermöglichen.
  • Ein ringröhrenartiger Abstandshalter (140) liegt zwischen dem Schalter (104) und der oberen Oberfläche (84) der Membran (82). Der Abstandshalter (140) dient dazu, eine komprimierte Kraft vom Schalter auf die plattenartigen Oberfläche (84) der Membran zu übertragen, um sowohl ein Luft- und Flüssigkeitsdichtes Siegel zwischen der Membran und dem oberen Teil (50) der Ventilkammer (24) zu bilden, als auch dadurch axialer Bewegung der Membran während des nach oben oder nach unten gerichteten Betriebs der Schaltstange (120) und axialer Verschiebung der auf- und abgehenden Ventilanordnung (26) vorzubeugen. Folglich erstreckt sich die Schaltstange (120) aus dem Kolben (116) durch das Loch (108), durch den Abstandshalter (140), durch das unterbrochene Teil (136) der Membran in die Höhle (134) des Ventilschaftes (76) zur Gewindeverbindung ihres gewindeten, unteren Endes (124) mit der Höhle (134).
  • In Bezug auf 1 wird der Schalter (104) in seinem deaktiviertem Zustand gezeigt, worin die Feder (126) eine nach oben gerichtete komprimierte Kraft gegen den Kolben (116) abgibt, die über die Schaltstange (120) übermittelt wird und die auf- und abgehende Ventilanordnung (126) in ihre „zweite Stellung", wobei die obere Schulter (96) komprimiert in den zweiten Ventilsitz (62) eingerastet ist, gebracht wird. In dieser zweiten Stellung (wie mit Bezug auf 2 und 3 als Zusatz zu 1 gesehen werden kann) fließt Luft oder Flüssigkeit, die in die Einlassöffnung (18) eintreten, in das zentrale Teil (34) der Ventilkammer und in Richtung der zweiten Auslassöffnung (22) zur Verteilung an eine flüssigkeitsbehandelnde Vorrichtung. Das Wirken der oberen Schulter (96) gegen den zweiten Ventilsitz (62) verhindert den Fluss von Luft oder Flüssigkeit aus der Einlassöffnung in das obere Teil (50) der Ventilkammer (24) und beugt so einem Fluss zur ersten Auslassöffnung (20) vor.
  • In Bezug auf 8 wird das Dreiwegeventil mit dem Schalter (104) in aktiviertem Zustand gezeigt, wobei ein Strom an den Elektromagneten (106) angelegt wird, wodurch die Hauptoberfläche (117) des Kolbens (116) in das angrenzende Teil (132) des Elektromagneten einrastet und die Schalterstange (120) in einer nach unten gerichteten Bewegung die auf- und abgehende Ventilanordnung (26) in die so genannten „erste Stellung" in der Ventilkammer (24) mit der unteren Schulter (98), die komprimiert in den ersten Ventilsitz (40) eingerastet ist, bringt. In dieser Stellung (wie am besten mit Bezug auf 7 als Zusatz zu 8 gesehen werden kann) fließt Luft oder Flüssigkeit, die durch die Einlassöffnung (18) tritt, in das zentrale Teil (34) der Ventilkammer (24) hinter der oberen Schulter (96) und dem zweiten Ventilsitz (62) durch die Öffnungen (65) in das obere Teil (50) der Ventilkammer. Die Luft oder Flüssigkeit, die in die obere Kammer tritt fließt durch den Ka nal (56), ersten Auslasstransportgang (52) und erste Auslassöffnung (20) und zu einer gewünschten flüssigkeitsbehandelnden Vorrichtung.
  • Ein Schlüsselmerkmal dieser Erfindung ist, dass das beschriebene und dargestellte Dreiwegeventil nur aus vier wesentlichen Komponenten, dem Ventilkörper (12 ), dem zweiten Ventilsitz (62), der auf- und abgehenden Ventilanordnung (26) und der Schalteranordnung (28) besteht. Die verbleibenden Elemente, die das Dreiwegeventil ausmachen sind entweder integral mit oder eine Untergruppe einer der oben aufgeführten Komponenten. Der Bau eines Dreiwegeventils, das eine minimale Anzahl an nichtintegralen Komponenten besitzt ist wünschenswert, da somit die Anzahl an Leckwegen, durch die Luft oder Flüssigkeit vom Ventil in die Umwelt gelangen kann reduziert werden. Herkömmliche Dreiwegeventile umfassen eine Dualmembrananordnung worin jede Membran kein integrales Glied des Ventilschaftes ist. Solche Ventile umfassen vier Leckwege, ein Leckweg zwischen jeder Membran und jedem gegenüberliegendem Ende des Ventilschaftesund einen Leckweg jeder Membran und jeder gegnüberliegenden Ventilkörperwandoberfläche. Im Gegensatz dazu umfasst ein nach den Prinzipien dieser Erfindung gebautes Dreiwegeventil nur eine Membran integral mit dem Ventilschaft, womit nur ein Leckweg zwischen der Membran und der Ventilkörperwandoberfläche bleibt. Reduzierung der Anzahl der Leckwege vergrößert die Verlässlichkeit des Ventils, womit das Potential für ein Versagen des Ventils reduziert wird und somit das Potential für den Austritt einer potentiell gefährlichen Chemikalie in die Umwelt eingedämmt wird.
  • Der Ventilkörper (12), zweite Ventilsitz (62) und auf- und abgehende Ventilanordnung (26) werden bevorzugt aus einem Material hergestellt, das Eigenschaften einer guten chemischen und thermalen Widerstandsfähigkeit besitzt. Solche Eigenschaften sind wünschenswert, wenn das Ventil in der Halbleiterherstellenden Industrie oder irgendeiner anderen Industrie, in der ätzende Chemikalien durch das Ventil zu Transportieren sind oder wo es wünschenswert ist den hohen Grad an chemischer Reinheit der durch das Ventil zu fließenden Prozesschemikalie zu wahren, zum Einsatz kommen soll. In der Halbleiterherstellenden Industrie werden während des Ätzvorgangs höchst ätzende Prozesschemikalien wie etwa stark anorganische Säuren, stark anorganische Basen, starke Lösungsmittel und Peroxide genutzt und werden oft erhitzt um die Ätzleistung der Chemikalien zu erhöhen, und dadurch die Effizienz des Ätzvorgangs zu erhöhen. Es ist daher wichtig, das ein zur Verteilung des Flusses solcher Prozesschemikalien genutztes Ventil sowohl chemisch, als auch thermal widerstandsfähig ist, um einen verlässlichen Betrieb ohne potentielles Ventilversagen herzustellen, da es sonst bei einem Austreten der ätzenden Chemikalie oder damit verbundenen Dämpfen aus dem Ventil eine Gefahr für die Umwelt und/ oder ein Gesundheitsrisiko für nahes Bedienpersonal darstellen könnte.
  • Folglich ist es wichtig, dass das Ventil chemisch widerstandsfähig ist, um bei Kontakt mit den Prozesschemikalien nicht zu erodieren und die chemisch reine Prozessflüssigkeit nicht zu verunreinigen. Eine solche Verunreinigung könnte einem Stapel Halbleiter, die so einer Behandlung mit Prozesschemikalien unterzogen werden, den Schaden von hunderten von tausenden Dollar zuführen.
  • In einer bevorzugten Gestaltung bestehen der Ventilkörper, zweite Ventilsitz und auf- und abgehende Ventilanordnung aus einer Fluorpolymerverbindung, die aus einer Gruppe Fluorpolymere ausgewählt wird, die folgendes beinhaltet: Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), Perfluorolkoxy Fluorokarbon Harz (PFA), Polychlorotrifluoroethylen (PCTFE), Ethylen-Chlorotrifluoroethylen Copolymer (ECTFE), Ethylen-Tetrafluoroethylen Copolymer (ETFE), Polyvinyliden Fluorid (PVDF), Polyvinyl Fluorid (PVF), und derart. Ein speziell bevorzugtes Material ist Teflon (registrierte Handelsmarke) PFA oder Teflon FEP, die von der Firma DuPont in Wilmington, Del. gestellt werden. Solche Materialien werden von ätzenden, sauren oder kaustischen Flüssigkeiten nicht beschädigt und verunreinigen die chemisch reinen Flüssigkeiten nicht.
  • Das Dreiwegeventil kann genutzt werden, um entweder Flüssigkeit oder Gas durch die Ventilkammer durch eine der Auslassöffnungen zu verteilen. Das Dreiwegeventil ist im Stande Betriebzuverlässigkeit bei Temperaturbedingungen bis zu 100 °C und Drücken bis zu 8,2 × 105 Pa gauge (120 psig) aufrecht zu erhalten.
  • Ein Merkmal, das es ermöglicht das Dreiwegeventil mit nur vier Komponenten auszustatten, was nur die Dreiwegeventilkomponenten per se beinhaltet, ist, dass die auf- und abgehende Ventilanordnung und die Membran als integrale Glieder gebaut werden. Folglich wird während des Zusammenbaus des Dreiwegeventils der zweite Ventilsitz in der Ventilkammer installiert und die auf- und abgehende Ventilanordnung wird durch das teilweise geschlossene Ende (66) eingeführt, so dass der zweite Ventilsitz zwischen der Membran und dem oberen Schulterteil (76) der auf- und abgehenden Ventilanordnung angeordnet. Der Einbau der auf- und abgehenden Ventilanordnung durch den zweiten Ventilsitz ist deshalb möglich, da der jeweilige Durchmesser einer Schaftöffnung (142) im zweiten Ventilsitz (am besten zu sehen in 5 und 6) und der vergrößerte Durchmesserbereich (94) des Ventilschaftes von ausreichenden Ausmaßen sind, um das Platzieren des vergrößerten Teils durch die Schaftöffnung während des Einbaus der auf- und abgehenden Ventilanordnung in die Ventilkammer zu ermöglichen.
  • In Bezug auf 2, 7 und 8 wird das Dreiwegeventil zusammengesetzt, indem der vergrößerte Durchmesserbreich (94) des Ventilschaftes (76) durch die Schaftöffnung (142) in den zweiten Ventilsitz (62) eingeführt wird. Weil die Schaftöffnung notwendigerweise von kleinerem Durchmesser ist, als der vergrößerte Durchmesserbereich, um ein versiegelndes Einrasten mit der oberen Schulter (96) zu ermöglichen, ist es unumgänglich, dass der vergrößerte Durchmesserbereich (94) während des Zusammenbaus gewaltsam durch die Schaftöffnung einzuführen. In einer Gestaltung wird der zweite Ventilsitz erhitzt, wodurch die Schaftöffnung ausreichend vergrößert wird, so dass der vergrößerte Durchmesserbereich dadurch geführt werden kann. In einer anderen Gestaltung werden die auf- und abgehende Ventilanordnung und der vergrößerte Durchmesserbereich gekühlt, wodurch sie sich ausreichend zusammenziehen können, so dass der vergrößerte Durchmesserbereich durch die Schaftöffnung passt. In einer anderen Gestaltung wird der zweite Ventilsitz erhitzt und die auf- und abgehende Ventilanordnung wird gekühlt, um das Einführen des vergrößerten Durchmesserbereichs durch die Schaftöffnung zu erleichtern.
  • Der Einbau des vergrößerten Durchmesserbereichs durch die Schaftöffnung des zweiten Ventilsitzes nach einer der zuvor beschriebenen Gestaltungen wird durch den Bau des zweiten Ventilsitzes und der auf- und abgehenden Ventilanordnung aus einem Material mit hohem Wärme-Ausdehnungsquotienten und bevorzugterweise aus einem, aus der zuvor beschriebenen Gruppe der Fluorpolymermaterialien bestehenden Material, erleichtert. Der Gebrauch eines Fluorpolymermaterials mit einem hohen Wärme-Ausdehnungsquotienten zum Bau des zweiten Ventilsitzes und der auf- und abgehenden Ventilanordnung erlaubt s der Schaftöffnung sich zu einem hohen Grad auszudehnen, wenn es Heiztemperaturen ausgesetzt ist, und erlaubt es dem vergrößerten Durchmesserbereich sich zu einem hohen Grad zusammenzuziehen, wenn er Kühltemperaturen ausgesetzt ist. Dieser hohe Grad an Ausdehnung des zweiten Ventilsitzes und Zusammenziehen der auf- und abgehenden Ventilanordnung erleichtert das Einführen des vergrößerten Durchmesserbe-reichs durch die Schaftöffnung. Folglich erleichtert ein zweiter Ventilsitz und auf- und abgehende Ventilanordnung aus einem Fluorpolymermaterial mit einem hohen Wärme-Ausdehnungsquotienten ein effizientes Zusammenbauen des Dreiwegeventils, weil ein geringerer Temperaturunterschied benötigt wird, zum Beispiel Aufheizen des zweiten Ventilsitzes oder Abkühlen der auf- und abgehenden Ventilanordnung, um den vergrößerten Durchmesserbereich durch die Schaftöffnung zu führen.
  • In noch einer anderen Gestaltung wird ein Schmiermittel wie etwa Isopropylalkohol und derart auf der auf- und abgehenden Ventilvorrichtung und dem zweiten Ventilsitz verwendet, um das Einführen des vergrößerten Durchmesserbereichs durch die Schaftöffnung zu erleichtern.
  • Unabhängig davon, welche der zuvor beschriebenen Gestaltungen genutzt werden, um die auf- und abgehende Ventilanordnung, die jeweiligen Durchmesser der Schaftöffnung (142) und den vergrößerten Durchmesserbereich (94) einzubauen, kann ein gewaltsamer Einbau vollzogen werden, ohne die Fähigkeit des zweiten Ventilsitzes, ein Luft- und Flüssigkeitsdichtes Siegel zwischen der oberen Schulter (96) und dem zweiten Sitz (62) zu bilden, einzubüßen, nachdem die auf- und abgehende Ventilanordnung in der Ventilkammer eingebaut wurde.
  • Obwohl begrenzte Gestaltungen des Dreiwegeventils hierin spezifisch beschrieben und dargestellt wurden, werden dennoch denen auf dem Stand der Technik Veränderungen und Variationen auffallen. Zum Beispiel kann ein Dreiwegeventil gebaut werden, das zwei Einlassflüsse ermöglicht und das Austeilen der Flüssigkeit durch das Ventil aus einem oder dem anderen Einlass zu einem einzigen Auslass steuert, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen. In solch einer Gestaltung würde der Fluss umgekehrt zu der Beschreibung in der bevorzugten Gestaltung verlaufen und jeder Einlassfluss würde den Ventilkörper jeweilig über die ersten und zweiten Auslassöffnungen (20) und (22) betreten. Wenn die auf- und abgehende Ventilanordnung axial in die „erste Stellung" verschoben wird, würde Flüssigkeit aus der ersten Auslassöffnung (20), durch die Ventilkammer (26) und zur Einlassöffnung (18) fließen.

Claims (7)

  1. Dreiwegeventil, im wesentlichen bestehend aus folgenden vier Komponenten einem einteiligen Ventilkörper (12) mit einem oberen Ende (14) und einem unteren Ende (16), bestehend aus: einer Einlassöffnung (18) und einer ersten und zweiten Auslassöffnung (20, 22), die zwischen dem oberen und unteren Ende angeordnet sind; einer in einer zentralen axialen Position im Ventilkörper (12) gelegenen Ventilkammer (24); einem ersten integral in Richtung des oberen Endes des Ventilkörpers mit der Ventilkammerwandung geformten und zwischen der Einlassöffnung und zweiten Auslassöffnung angeordneten Ventilsitz (40); einem separaten vom Ventilkörper geformten und in der Ventilkammer in einer Stellung über dem ersten Ventilsitz gelegenen zweiten Ventilsitz (62), wobei die zweite Ventilsitzfläche zum unteren Ende hin ausgerichtet und zwischen der Einlassöffnung und der ersten Auslassöffnung gelegen ist; einer auf- und abgehenden, getrennt vom Ventilkörper geformten und axial in der Ventilkammer bewegbaren Ventilanordnung (26), wobei die auf- und abgehende Ventilanordnung folgendes aufweist: einen Ventilschaft (76) mit einem zwischen dessen oberen und unteren Enden gelegenen vergrößerten Durchmesser (94); eine integral mit dem oberen Ende (80) des Ventilschaftes geformte und sich radial von diesem erstreckende Membran (82), die eine periphere Kante aufweist, die eine luft- und flüssigkeitsdichte Dichtung gegen die Seitenwand der Ventilkammer bildet, wobei der vergrößerte Durchmesserbereich des Ventilschaftes zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilsitz gelegen ist und eine untere Schulter (98) zum Anlegen des ersten Ventilsitzes in einer ersten axialen Stellung in der Ventilkammer sowie eine zweite Schulter (96) zum Anlegen des zweiten Ventilsitzes in einer zweiten axialen Stellung in der Ventilkammer umfasst; und Mittel (120), um die auf- und abgehende Ventilanordnung zwischen den ersten und zweiten Stellung zu bewegen.
  2. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz fest in der Ventilkammer zwischen einer Bodenoberfläche der Membran und einer komplementären Oberfläche des Ventilkörpers angeordnet ist.
  3. Dreiwegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz um die auf- und abgehende Ventilanordnung herum in einer Stellung zwischen der auf- und abgehende Ventilanordnungsmembran und der oberen Schulter des Ventilschaftes angeordnet ist, und dass der jeweilige Durchmesser des zweiten Ventilsitzes und der vergrößerte Durchmesserbe reich des Ventilschaftes ausreichende Abmessungen haben, um die Platzierung des vergrößerten Durchmesserbereiches durch den zweiten Ventilsitz während der Montage der auf- und abgehenden Ventilanordnung in der Ventilkammer sowie eine Dichtungswirkung nach der Montage durch Verschieben der auf- und abgehende Ventilanordnung in die zweite Stellung zu ermöglichen.
  4. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine luft- und flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen der Membran und dem oberen Ende des Ventilkörpers vorgesehen ist.
  5. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der auf- und abgehende Ventilanordnung in der Ventilkammer folgendes umfassen: eine antreibende Betätigungsstange an einem Ende der auf- und abgehenden Ventilanordnung; ein am gegenüberliegenden Ende der Stange sowie am oberen Ende des Ventilkörpers vorgesehenes Stellorgan zum axialen Verschieben der Betätigungsstange und der auf- und abgehenden Ventilanordnung in der Ventilkammer zwischen der ersten und zweiten Stellung.
  6. Dreiwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der auf- und abgehenden Ventilanordnung des weiteren einen Abstandshalter zwischen einer oberen Oberfläche der Membran und dem Stell organ umfassen, wobei der Abstandshalter eine zentrale Öffnung zur Anordnung der Stange umfasst.
  7. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz eine Mehrzahl von an die Membran (82) angrenzenden Öffnungen umfasst und dass das Dreiwegeventil bei einer Ventilstellung der auf- und abgehenden Ventilanordnung in der ersten Stellung in der Ventilkammer einen Strömungsweg aufweist, der sich von der Einlassöffnung her durch den Ventilkörper, durch die Ventilkammer und die Öffnungen des zweiten Ventilsitzes und der ersten Auslassöffnung erstreckt.
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