DE19608792A1 - Sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein sitzreinigungsfähiges Doppelsitz­ ventil mit zwei seriell angeordneten relativ zueinander bewegbaren Schließgliedern, die in der Schließstellung des Ventils das Überströmen von Fluiden von einem Ventilgehäuse­ teil in ein anderes verhindern, die sowohl in der Schließ­ als auch in der Offenstellung einen Leckagehohlraum begren­ zen, der mit der Umgebung des Ventils verbunden ist, wobei das eine Schließglied kleiner als das andere ausgebildet ist und bei seiner Öffnungsbewegung an dem größeren zur Anlage kommt und dieses gleichfalls in die Offenstellung überführt, und mit Schließgliedern, die unabhängig voneinander durch einen Teilhub jeweils spaltweit in eine Sitzreinigungsstel­ lung zwecks Spülung ihrer Sitzflächen überführbar sind.

Ein Doppelsitzventil der gattungsgemäßen Art ist beispiels­ weise aus der DE 38 35 944 A1 bekannt. Nachteilig bei diesem sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventil ist der Tatbestand, daß die zur Reinigung der Ventilsitze durch spaltweite Ansteuerung der Ventilteller jeweils aus dem zugeordneten Ventilgehäuseteil gewonnene Reinigungsmittelmenge nur sehr schwer auf das absolut notwendige Minimum, das zur Besei­ tigung der Verunreinigungen im Sitzbereich hinreichend ist, begrenzt werden kann. Um dennoch einen ökonomischen und umweltschonenden Einsatz von Reinigungsmittel sicherzustel­ len, wird vorgeschlagen, die Ventilteller taktweise anzu­ steuern.

Bei einem anderen bekannten sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventil der gattungsgemäßen Art (EP 0 646 741 A1) wird die zur Reinigung der Ventilsitze bereitzustellende Reinigungsmittelmenge dadurch begrenzt, daß in der jeweili­ gen Spülstellung der in Frage kommende Schieberventilkörper an einem mit Spülmitteldurchtritten versehenen Gehäusean­ schlag anliegt. Demzufolge gibt es bei diesem bekannten Doppelsitzventil Bereiche, die während des Spülvorganges nicht mit Reinigungsmittel benetzt werden können, es sei denn, auch dieses Ventil würde, allerdings aus einem anderen Grunde, taktweise angesteuert.

Bei beiden vorgenannten bekannten Doppelsitzventilen kann der über die freigelegte Sitzfläche aus dem benachbarten Ventil­ gehäuseteil herangeführte Reinigungsmittelstrom mit mehr oder weniger großer kinetischer Energie auf den in seiner Schließ­ stellung befindlichen anderen Ventilsitzbereich auftreffen. Dies kann unter Umständen dazu führen, daß Reinigungsmittel durch den geschlossenen Dichtungsbereich hindurchdringen kann. Eine besondere Gefahr ist dann gegeben, wenn die jeweilige Dichtung einer hohen Abnutzung unterlag, und der Verschleiß dazu führt, daß die verminderte Dichtungsvorspan­ nung eine hinreichende Dichtwirkung unter dem Einfluß der kinetischen Energie des Spritzstrahles nicht mehr sicher­ stellen kann.

Weiterhin wird an sitzreinigungsfähige Doppelsitzventile die Anforderung gestellt, daß das bei der Sitzreinigung in den Leckagehohlraum einströmende Reinigungsmittel drucklos, das heißt ohne Druckaufbau im Leckagehohlraum, in die Umgebung des Doppelsitzventils abgeführt wird. Das eingangs erwähnte Doppelsitzventil (DE 38 35 944 A1) dürfte diesbezüglich die gestellten Anforderungen nur schwerlich erfüllen können, da einerseits die Möglichkeit einer engen Bemessung der jewei­ ligen Reinigungsmittelmenge nicht erkennbar ist und ande­ rerseits die Abführquerschnitte dem erhöhten Reinigungs­ mittelangebot nicht in entsprechender Weise anpaßbar sind.

In den Vereinigten Staaten von Amerika wird bei derartigen sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventilen sogar gefordert, daß bei groben Defekten der Dichtungen oder gar bei deren Verlust kein Reinigungsmittel im Zuge der Sitzreinigung über den ungedichteten Ventilsitz in das benachbarte Ventilgehäuse­ teil gelangen darf. Selbst wenn es gelingt, die Reinigungs­ mittelmenge sehr klein zu bemessen, wie dies offensichtlich beim bekannten Doppelsitzventil gemäß EP 0 646 741 A1 der Fall ist, würde das direkte Anspritzen eines der beiden Sitzbereiche im Falle eines groben Dichtungsdefektes oder eines -verlustes zu einem Durchtritt von Reinigungsflüs­ sigkeit in das benachbarte Ventilgehäuseteil führen. Dieser Sachverhalt wäre zumindest bei der Spülung des oberen Sitz­ bereichs am unteren Ventilsitz gegeben (vgl. Fig. 2c der EP 0 646 741 A1), wenn hier ein grober Dichtungsdefekt oder gar -verlust vorläge.

Ausgehend von den vorbeschriebenen Nachteilen des Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein sitz­ reinigungsfähiges Doppelsitzventil zu schaffen, bei dem die zur jeweils hinreichenden Sitzreinigung herangeführte Reini­ gungsmittelmenge minimiert ist, bei dem hierbei ein Druckauf­ bau im Leckagehohlraum ausgeschlossen und keine Direktbe­ aufschlagung des geschlossenen Sitzbereiches mit der kinetischen Energie des Reinigungsmittelstrahles gegeben ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventils gemäß der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Anwendung zylindrischer Ansätze an den Schließgliedern ist an sich nicht neu. Die mit diesen Ansätzen realisierbaren Drosselspalte wurden bereits in den Anfängen des Doppelsitz­ ventils-Technologie genutzt hier allerdings um bei groben Beschädigungen der Sitzflächen einen Druckaufbau im Leckage­ hohlraum zu verhindern und um die bei jedem Schaltvorgang auftretende Schaltleckage zu begrenzen, da die ersten Doppel­ sitzventile mit als Sitzteller ausgebildeten Schließgliedern ausgestattet und somit nicht leckagefrei bzw. -arm schaltend waren (DE-OS 22 48 986).

Bei dem hier vorgeschlagenen sitzreinigungsfähigen Doppel­ sitzventil werden die zylindrischen Ansätze planmäßig dazu benutzt, um über die durch sie mit dem zugeordneten Ventil­ gehäuseteil gebildeten Drosselspalte die im Zuge der Sitz­ reinigung aus dem jeweiligen Ventilgehäuseteil herangeführte Reinigungsmittelmenge zu begrenzen. Diese Maßnahme allein reicht jedoch nicht aus, um die herausgestellte Aufgabe vollständig zu lösen. Ein zweiter Erfindungsgedanke besteht darin, die vorgesehenen Drosselspalte einerseits auf unter­ schiedlichen Durchmessern anzusiedeln und andererseits dafür zu sorgen, daß der jeweils sich in seiner Schließstellung befindende Sitzbereich nicht der kinetischen Energie des Reinigungsmittelstrahles unterworfenen wird. Dies gelingt zum einen dadurch, daß der am kleineren Schließglied gebildete Drosselspalt einen Spritzstrahl entfaltet, der mit Sicherheit auf die stirnseitige Begrenzungsfläche des anderen Schließ­ gliedes, in ausreichendem Abstand von dem an diesem gebil­ deten Drosselspalt, auftrifft. Zum anderen wird der im Drosselspalt am größeren Schließglied erzeugte Spritzstrahl an einer Übergangsfläche umgelenkt, die zwischen den die Drosselspalte radial außenseits bildenden Abschnitten einer Verbindungsbohrung zwischen den Ventilgehäuseteilen verläuft.

Der radiale Abstand zwischen den Abschnitten der Verbindungs­ bohrung, in dem die Übergangsfläche ausgebildet ist, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Doppelsitzventils so groß ausgeführt, daß das in der Sitz­ reinigungsstellung des größeren Schließgliedes aus dem Drosselspalt in den Leckagehohlraum austretende Fluid an der Übergangsfläche zu dessen Zentrum hin umgelenkt wird.

In diesem Zusammenhang wird weiterhin in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, daß der durchmessergrößere Abschnitt der Ver­ bindungsbohrung einen mit einem Abrundungsradius ausgeführten gerundeten Übergang zur Übergangsfläche aufweist, wobei der Abrundungsradius vorzugsweise gleich oder kleiner als die halbe Durchmesserdifferenz der im Durchmesser abgestuften Verbindungsbohrung zwischen den beiden Ventilgehäuseteilen ausgeführt ist.

Es hat sich darüber hinaus bei Doppelsitzventilen der gat­ tungsgemäßen Art, die mit den vorstehend erwähnten erfin­ dungsgemäßen Merkmalen versehen sind, herausgestellt, daß keinerlei Druckaufbau im Leckagehohlraum auftritt, wenn der jeweilige Durchtrittsquerschnitt der Drosselspalte klein gegenüber einem Ablaufquerschnitt eines den Leckagehohlraum mit der Umgebung des Ventils verbindenden Ablaufrohres aus­ geführt ist. In diesem Falle wird vorgeschlagen, das Quer­ schnittsverhältnis gleich oder größer 64 auszuführen.

Messungen und Beobachtungen haben darüber hinaus ergeben, daß bei einem mit erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestatteten sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventil der in der Schließ­ stellung befindliche Ventilsitz im Zuge der Sitzreinigung des anderen Ventilsitzes aus dem Leckagehohlraum heraus besaugt wird. Dies bedeutet, daß selbst bei groben Dichtungsdefekten oder gar bei einem Dichtungsverlust im Bereich des sich in seiner Schließstellung befindlichen Schließgliedes keine Reinigungsflüssigkeit in das benachbarte Ventilgehäuseteil eindringen kann. Die vorgenannte Besaugung des Sitzbereichs wurde in signifikanter Weise beobachtet bei der Reinigung des Sitzbereiches des größeren Schließgliedes, das heißt bei einer Umlenkung des Spritzstrahles an der Übergangsfläche zum Zentrum des Leckagehohlraumes hin.

Es versteht sich, daß der Ablaufquerschnitt des den Leckage­ hohlraum mit der Umgebung des Ventils verbindenden Ablauf­ rohres so groß wie möglich ausgeführt wird. Eine Grenze für die Bemessung des Ablaufrohres nach oben hin bildet der Druckverlust im vom Ablaufrohr durchdrungenen Ventilgehäu­ seteil.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Doppelsitzventil gemäß
der Erfindung im Bereich der beiden Ventilgehäuse­ teile und ihrer Sitzflächen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sitzbereich des Doppel­ sitzventils gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstel­ lung;

Fig. 3 ebenfalls einen Querschnitt durch den vorgenannten Sitzbereich gemäß Fig. 2, wobei sich das kleinere Schließglied in seiner Sitzreinigungsstellung befindet und

Fig. 4 einen ebensolchen Querschnitt durch den Sitzbereich gemäß Fig. 2, wobei sich das größere Schließglied in seiner Sitzreinigungsstellung befindet.

Ein aus einem ersten und einem zweiten Ventilgehäuseteil 1a bzw. 1b bestehendes Ventilgehäuse 1 eines sitzreinigungs­ fähigen Doppelsitzventils weist in seinem Sitzbereich ein als Schieber ausgebildetes erstes Schließglied 2 und ein als Sitzteller ausgebildetes zweites Schließglied 3 auf. Letz­ teres ist das durchmessergrößere von beiden und es wird über eine Hohlstange 3a, die durch ein erstes Verschlußteil 6 im zweiten Ventilgehäuseteil 1b über eine erste Stangendichtung 8 hindurch- und an einen nicht dargestellten Ventilantrieb A herangeführt ist, betätigt. Eine Stange 2a, die in der Hohl­ stange 3a konzentrisch angeordnet ist, ist mit dem ersten Schließglied 2 verbunden. Beide Schließglieder 2, 3 bilden sowohl in ihrer Schließ- als auch in ihrer Offenstellung einen Leckagehohlraum 4, der auf der der Stange 2a gegen­ überliegenden Seite des Ventilgehäuses 1 mittels eines mit dem ersten Schließglied 2 verbundenen Ablaufrohres 2b mit der Umgebung des Doppelsitzventils verbunden ist. Dabei ist das Ablaufrohr 2b durch das erste Ventilgehäuseteil 1a hindurch und über ein zweites Verschlußteil 7 mittels einer zweiten Stangendichtung 10 aus diesem herausgeführt. Die Sitzflächen für die beiden Schließglieder 2, 3 werden an einem Sitzring 5 gebildet, wobei im vorliegenden Falle ein durchmesserklei­ nerer Abschnitt 5a einer im Sitzring 5 ausgebildeten Verbindungsbohrung 5*, die die Ventilgehäuseteile 1a und 1b miteinander verbindet, als Sitzfläche für das als Schieber ausgebildete erste Schließglied 2 dient (vgl. Fig. 2). Die Sitzfläche des als Sitzteller ausgebildeten zweiten Schließ­ gliedes 3 ist konisch und befindet sich am anderen Ende der Verbindungsbohrung 5*. Im ersten Schließglied 2 befindet sich eine erste Sitzdichtung 11, die als rein radiale Dichtung arbeitet. Die Sitzdichtung des zweiten Schließgliedes 3 ist mit 12 gekennzeichnet, während eine ebenfalls im zweiten Schließglied 3 angeordnete und dem Leckagehohlraum 4 zuge­ wandte Leckagehohlraumdichtung 13 für eine Abdichtung der Schließglieder 2, 3 gegeneinander in deren sogenannter Abholstellung und in der anschließenden Offenstellung sorgt. Der Sitzring 5, das erste und das zweite Verschlußteil 6 bzw. 7 sind jeweils über eine Gehäusedichtung 9 gehäuseseitig abgedichtet. Der in seinem äußeren Durchmesser reduzierte Teil des Ablaufrohres 2b ist mit 2c gekennzeichnet und sein Ablaufquerschnitt mit dem Durchmesser d trägt die Bezeich­ nung 2d. Der Nenndurchmesser der Ventilgehäuseteile 1a, 1b trägt die Bezeichnung DN.

Jedes Schließglieder 2, 3 weist leckageraumseitig einen zylindrischen Ansatz 2* bzw. 3* auf, der mit dem zugeordneten Teil der Verbindungsbohrung 5* im Sitzring 5 einen ringför­ migen Drosselspalt S1 bzw. S2 (s. Fig. 2) bildet. Fig. 2 verdeutlicht darüber hinaus Einzelheiten des Sitzbereichs. Das durchmesserkleinere Schließglied 2 bildet mit seinem zylindrischen Ansatz 2*, der den äußeren Durchmesser D1 besitzt, und mit dem durchmesserkleineren Abschnitt 5a der Verbindungsbohrung 5* den Drosselspalt S1 . Das durchmesser­ größere Schließglied 3 formt in gleicher Weise mit seinem zylindrischen Ansatz 3*, der einen äußeren Durchmesser D2 aufweist, zusammen mit dem durchmessergrößeren Abschnitt 5b der Verbindungsbohrung 5* den Drosselspalt S2. Der halbe Durchmesserunterschied zwischen D2 und D1 ist mit a gekenn­ zeichnet. In diesem radialen Erstreckungsbereich a ist eine Übergangsfläche 5c zwischen den beiden Abschnitten 5a und 5b vorgesehen, die mit dem durchmessergrößeren Abschnitt 5b einen vorzugsweise senkrechten Umlenkwinkel α bildet. Dabei weist der durchmessergrößere Abschnitt 5b der Verbindungs­ bohrung 5* einen mit Abrundungsradius r ausgeführten gerundeten Übergang zur Übergangsfläche 5c auf, wobei der Abrundungsradius vorzugsweise mit r a ausgeführt ist. Der radiale Abstand a zwischen den Abschnitten 5b und 5a der Verbindungsbohrung 5* wird so groß ausgeführt, daß das in der Sitzreinigungsstellung des größeren Schließgliedes 3 aus dem Drosselspalt S2 in den Leckagehohlraum 4 austretende Fluid an der Übergangsfläche 5c zum Zentrum des Leckagehohlraumes 4 hin umgelenkt wird. Durch diese Maßnahme wird einerseits sichergestellt, daß der aus dem Drosselspalt S2 austretende Flüssigkeitsstrahl nicht auf den Sitzbereich der ersten Sitzdichtung 11 gerichtet ist und zum anderen ergeben sich durch diese Maßnahme die vorstehenden Saugeffekte an der ersten Sitzdichtung 11.

Die Führung des Reinigungsmittelstrahles R1 bei der Sitzrei­ nigung des ersten Schließgliedes 2, das um einen Teilhub h1 nach unten verschoben ist, verdeutlicht Fig. 3. Der wirk­ same Drosselspalt S1 ist dabei derart bemessen, daß sein Querschnitt weniger als 1/64 des Ablaufquerschnittes 2d (Fig. 1) beträgt. Der Reinigungsmittelstrahl R1 wird zunächst entlang des durchmesserkleineren Abschnittes 5a der Verbindungsbohrung 5* im wesentlichen senkrecht nach oben geführt und trifft dort auf die stirnseitige Begrenzungs­ fläche des zweiten Schließgliedes 3. Der größere Teil wird in Richtung des Zentrums des Leckagehohlraumes 4 umgelenkt, während ein kleinerer Teil den durch die Übergangsfläche 5c, den durchmessergrößeren Abschnitt 5b und die Stirnfläche des zweiten Schließgliedes 3 begrenzten Bereich zirkulierend durchströmt (Teilstrom r1). Eine gezielte, direkte Beauf­ schlagung des Drosselspaltes S2 und der nachgeordneten zweiten Sitzdichtung 12 ist ausgeschlossen.

Gemäß Fig. 4 befindet sich das zweite Schließglied 3 nach seinem Teilhub h2 in seiner Sitzreinigungsstellung. Die zweite Sitzdichtung 12 bildet mit der zugeordneten Sitz­ fläche einen Spalt, durch den der Reinigungsmittelstrom R2 in den Drosselspalt S2 eindringen kann. Er verläßt letzteren zunächst entlang des durchmessergrößeren Abschnittes 5b und wird über die Übergangsfläche 5c zum Zentrum des Leckagehohl­ raumes 4 hin umgelenkt. Ein unmittelbares und direktes Bespritzen des Sitzbereiches der ersten Dichtung 11 wird dadurch verhindert. Im Bereich des Drosselspaltes S1 begrenzt durch die stirnseitige Begrenzungsfläche des ersten Schließgliedes 2 und den durchmesserkleineren Abschnitt 5a der Verbindungsbohrung 5* zirkuliert ein Teilstrom r2, angetrieben durch den Reinigungsmittelstrom R2, wobei durch die Existenz des Teilstromes r2 die vorstehend beschriebene Besaugung der ersten Sitzdichtung 11 erklärt werden kann.

Die Erfindung ist im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden, doch versteht es sich, daß in der Praxis von Sachkundigen Ausführungsvarianten realisiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung und der ihr zustehenden gewerblichen Schutzrechte zu verlassen.

Claims (4)

1. Sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil mit zwei seriell angeordneten, relativ zueinander bewegbaren Schließglie­ dern, die in der Schließstellung des Ventils das Überströ­ men von Fluiden von einem Ventilgehäuseteil in ein anderes verhindern, die sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung einen Leckagehohlraum begrenzen, der mit der Umgebung des Ventils verbunden ist, wobei das eine Schließglied kleiner als das andere ausgebildet ist und bei seiner Öffnungsbewegung an dem größeren zur Anlage kommt und dieses gleichfalls in die Offenstellung über­ führt, und mit Schließgliedern, die unabhängig voneinander durch einen Teilhub jeweils spaltweit in eine Sitzreini­ gungsstellung zwecks Spülung ihrer Sitzflächen überführbar sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jedes Schließglied (2; 3) leckageraumseitig einen an sich bekannten zylindrischen Ansatz (2*; 3*) aufweist, der mit einer zugeordneten Verbindungsbohrung (5*) zwischen den Ventilgehäuseteilen (1a; 1b) einen ringför­ migen Drosselspalt (S1 bzw. S2) bildet,
• - daß ein dem kleineren Schließglied (2 oder 3) zugeord­ neter erster Abschnitt (5a bzw. 5b) der Verbindungs­ bohrung (5*) einen Durchmesser (D1) aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser (D2) eines dem anderen Schließglied (3 bzw. 2) zugeordneten zweiten Abschnittes (5b bzw. 5a) der Verbindungsbohrung (5*),
• - und daß eine Übergangsfläche (5c) zwischen den beiden Abschnitten (5a, 5b) vorgesehen ist, die mit dem durch­ messergrößeren Abschnitt (5b bzw. 5a) einen stumpfen, vorzugsweise einen senkrechten, Umlenkwinkel α bildet (α 90 Grad).

2. Sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand a = (D2-D1)/2 zwischen den Abschnitten (5b und 5a) der Verbindungsbohrung (5*) so groß ausgeführt ist, daß das in der Sitzreinigungsstellung des größeren Schließgliedes (3 oder 2) aus dem Drosselspalt (S2 oder S1) in den Leckagehohlraum (4) austretende Fluid an der Übergangs­ fläche (5c) zu dessen Zentrum hin umgelenkt wird.

3. Sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der durchmesser­ größere Abschnitt (5b oder 5a) der Verbindungsbohrung (5*) einen mit einem Abrundungsradius (r) ausgeführten gerun­ deten Übergang zur Übergangsfläche (5c) aufweist, wobei der Abrundungsradius vorzugsweise mit r a ausgeführt ist.

4. Sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der jeweilige Durchtrittsquerschnitt (A(S1); A(S2)) der Dros­ selspalte (S1; S2) klein gegenüber einem Ablaufquer­ schnitt (A(d) = d²/4) eines den Leckagehohlraum (4) mit der Umgebung des Ventils verbindenden Ablaufrohres (2b) ausgeführt ist, vorzugsweise A(S1; S2)/A(d) 64.