DE4112885C2 - Schüttgutventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schüttgutventil für Schütt­ gutbehälter mit vertikalem Mündungsrohr, das in einem Ventilsitz endet, mit dem ein bewegliches Ventilorgan zusammenwirkt.

Ein derartiges Schüttgutventil ist aus der DE-PS 30 49 473 bekannt. Es umfaßt einen unterhalb der durch das Mündungs­ rohr begrenzten Zulauföffnung angeordneten Ablenkkegel und einen letzteren umschließenden, pneumatisch heb- und senkbaren Rohrschieber, dessen Oberrand in Offenstellung mit der Mantelfläche des Ablenkkegels bündig ist und in der Schließstellung auf einer gegen den Schüttgutstrom abgeschirmten, oberhalb der Einlauföffnung liegenden Dichtfläche aufliegt.

Durch die Anordnung des festen Ventilsitzes oberhalb des Schüttgutstromes ist eine Beeinträchtigung der Dichtwirkung durch Schüttgutpartikel weitestgehend ausgeschlossen. Da sich jedoch der Oberrand des Rohrschiebers durch den Schüttgutstrom bewegt, ist nicht völlig auszuschließen, daß sich an diesem Ventilorgan einzelne Partikel ablagern, die dann ein vollständiges und absolut dichtes Schließen des Ventils verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schüttgut­ ventil dieser Gattung so zu verbessern, daß es im Schüttgutstrom schließbar ist und in der Schließstellung auch dann zu­ verlässig dicht ist, wenn zwischen Ventilsitz und Ventil­ organ einzelne Schüttgutpartikel eingeklemmt sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nach der Erfindung ist hierbei ein heb- und senkbarer Hohlkolben als Ventilorgan vorgesehen, der in seiner Schließstellung eng anliegend von einer Rollbalgmembran umgriffen wird, die einen etwa verbleibenden Spalt zwischen dem Ventil­ sitz und dem Hohlkolben überdeckt. Die Rollbalgmembran gewährleistet hierbei nicht nur die Dichtheit auch bei hohem Differenzdruck und etwa zwischen Ventilsitz und Hohlkolben eingeklemmten Schüttgutpartikeln, sondern macht das Schüttgutventil auch selbstreinigend. Da die Haft­ kräfte zwischen den Schüttgutpartikeln und dem weicheren Werkstoff, aus dem die Rollbalgmembran besteht, größer sind als zwischen den Schüttgutpartikeln und dem harten Werkstoff des Hohlkolbens, übernimmt nämlich die (innere) Rollbalgmembran an der Umfangsfläche des Hohlkolbens etwa haftende Schüttgutpartikel, die sich wegen der Umstülpbe­ wegung der Rollbalgmembran während deren Öffnungsbewegung an dieser nicht halten können. Eine Überbeanspruchung der Rollbalgmembranen wird sicher vermieden, da diese stets nur mit einem vorgegebenen Differenzdruck bean­ sprucht werden, unabhängig von dem auf ihrer dem Schütt­ gut ausgesetzten Seite herrschenden Absolutdruck. Durch passende Wahl der Federkonstante und der Vorspannung der Schraubendruckfeder im Inneren des Hohlkolbens läßt sich ferner erreichen, daß auch bei gleichem Betriebsdruck zum Anheben (Schließen) des Hohlkolbens und zum Absenken der Rollbalgmembranen die Schließbewegung des Hohlkolbens be­ endet ist, bevor die Senkbewegung der Rollbalgmembranen beginnt. Sofern als Druckmedium ein Hydraulikfluid be­ nutzt wird, ist außerdem die zum Öffnen und Schließen des Schüttgutventils aufzuwendende Energie ebenfalls unabhän­ gig von dem Absolutdruck oberhalb oder unterhalb des Ven­ tils. Für die Schließbewegung muß einerseits die Kraft der Schraubendruckfeder im Inneren des Hohlkolbens, ande­ rerseits die Kraft der an dem Tragring für die Rollbalg­ membranen angreifenden Zugglieder überwunden werden. Die hierzu aufgewandte Energie bleibt jedoch gespeichert und wird dementsprechend bei der Öffnungsbewegung wiederge­ wonnen, so daß zur Betätigung des Schüttgutventils nur die zum Aufbauen des Dichtdruckes (Pressung der inneren Rollbalgmembran an dem Schließkolben) notwendige Energie verbraucht wird.

Eine vorteilhafte, insbesondere auch platzsparende Aus­ führungsform der an dem Tragring für die Rollbalgmembra­ nen angreifenden Zugglieder ist im Anspruch 2 angegeben.

Der Anspruch 3 betrifft eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform. Durch diese Weiterbildung wird erreicht, daß die der Schließbewegung der Rollbalgmembran entgegengerichtete, elastische Kraft gegen Ende der Schließbewegung erheblich ansteigt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Schüttgutventils sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.

In der Zeichnung ist ein Schüttgutventil nach der Erfin­ dung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Schüttgut­ ventil einschließlich eines Einlauf­ trichters und eines Behälterauslaufes,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt in Offen­ stellung des Ventils und

Fig. 4 den gleichen Schnitt wie Fig. 3, jedoch in Schließstellung des Ventils.

Fig. 1 zeigt einen Einlauftrichter 30, der mittig in ein Gehäuse 1 mündet, das seinerseits einen trichterförmigen Auslauf 31 hat. Der Einlauftrichter 30 könnte beispiels­ weise auch durch den konischen Boden eines Silobehälters gebildet werden. Die Mündung des Einlauftrichters 30 setzt sich in einem Mündungsrohr 9 fort, das in das Ge­ häuse 1 ragt. Das Mündungsrohr 9 endet in einem Ventil­ sitz 3, unterhalb dessen ein Hohlkolben 10 angeordnet ist, der hydraulisch heb- und senkbar ist. Das Mündungsrohr 9 ist unter Freilassung eines Ringspaltes von einem Rohr­ stutzen 22 umgeben, der etwa in halber Höhe des Hohlkol­ bens 10 (in dessen gezeichneter Öffnungstellung) endet. Der Ringraum zwischen dem Rohrstutzen 22 und dem Mündungs­ rohr 9 wird im wesentlichen von zwei gleichartigen Roll­ balgmembranen eingenommen, deren untere Umfangsränder einerseits am Außenumfang des Mündungsrohres 9, anderer­ seits am Innenumfang des Rohrstutzens 22 druckdicht fest­ gelegt sind. Die oberen Umfangsränder der beiden Roll­ membranen sind in einem gemeinsamen Tragring 5 einge­ spannt. Oberhalb des Tragringes 5 befindet sich ein Druckraum 16, der mit dem Ringraum zwischen dem Mündungs­ rohr 9 und dem Rohrstutzen 22 kommuniziert. An dem Trag­ ring 5 greifen umfangssymmetrisch verteilt drei Stahlseile 7 an, die über Umlenkrollen 6 in drei Rohre 23 führen, die an ihren Unterenden druckdicht verschlossen sind und ebenfalls mit dem Druckraum 16 kommunizieren sowie Schraubenfederanordnungen 8a, 8b enthalten, an deren jeweiligem freien Unter­ ende die Stahlseile 7 fixiert sind. Die Anordnung der drei Rohre 23 verdeutlicht der in Fig. 2 gezeigte Quer­ schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Der konstruktive Aufbau und die Funktion des Schüttgut­ ventils nach den Fig. 1 und 2 werden nachfolgend anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert.

Fig. 3 zeigt die Offenstellung. Zwischen der am unteren Ende des Mündungsrohrs 9 ausgebildeten, kegelringförmigen Fläche des Ventilsitzes 3 und der ebenfalls kegelig aus­ gebildeten, oberen Stirnfläche 10a des beispielsweise hartverchromten Hohlkolbens 10 verbleibt ein breiter Ringspalt, über den das über das Mündungsrohr 9 zulau­ fende Schüttgut nach unten abfließt. Der Durchmesser des im übrigen im wesentlichen zylindrischen Hohlkolbens 10 ist etwa gleich dem Außendurchmesser des Mündungsrohrs 9.

Der Hohlkolben 10 wird von einer Halterung 14 getragen, die speichenartig zwischen den drei Rohren 23 (von denen in Fig. 3 nur eines zu sehen ist) befestigt ist. In der Mitte der Halterung 14 befindet sich eine Kolbenträger­ platte 15. Von hier erstreckt sich eine Stange 11 durch den Kolbenboden 10b hindurch in das Innere des Hohlkol­ bens 10 und endet an einer Querplatte 11a. Zwischen der Querplatte 11a und dem Kolbenboden 10b befindet sich eine vorgespannte Schraubendruckfeder 12. Im übrigen ist der Hohlkolben 10 nur über einen Faltenbalg 13 mit der Kol­ benträgerplatte 15 verbunden. In den von dem Faltenbalg 13 umschlossenen Raum mündet eine von einem Magnetventil 20 kommende Hydraulikleitung 18.

Wenn das Magnetventil 20 geöffnet wird, wird der Hohl­ kolben 10 entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 12 angehoben, bis seine obere kegelige Stirnfläche 10a gegen den Ventilsitz 3 anliegt. Die untere bzw. die obere End­ stellung des Hohlkolbens 10 können über Sensoren, z. B. induktive Näherungsschalter, erfaßt werden (nicht darge­ stellt). Bei oder nach Erreichen der oberen Endstellung des Hohlkolbens 10 wird ein weiteres Magnetventil 19 in einer Hydraulikleitung 17 geöffnet, die in den Druckraum 16 mündet. Der hierdurch aufgebaute Druck wirkt auf die U-förmig umgestülpten, unteren Enden sowohl der inneren Rollbalgmembran 4a als auch der diese abstandslos um­ schließenden, äußeren Rollbalgmembran 4b. Die Rollbalg­ membranen 4a und 4b ziehen daher nun den gemeinsamen Tragring 5 nach unten, und zwar entgegen der Kraft der elastischen, vorgespannten, langen Schraubendruckfedern 8a in den Rohren 23. Wenn man die Federkonstante und die Vorspannung der Schraubendruckfedern 8a so wählt, daß ihre gemeinsame, auf den Tragring 5 wirkende, wegpropor­ tionale Rückstellkraft größer als die von der Schrauben­ feder 12 auf den Kolbenboden 10b ausgeübte Rückstell­ kraft ist, kann das Magnetventil 19 zum gleichen Zeit­ punkt wie das Magnetventil 20 geöffnet werden, da dann sichergestellt ist, daß die Abrollbewegung der Rollbalg­ membranen 4a und 4b erst dann einsetzt, wenn der Hohlkol­ ben 10 seine (obere) Schließstellung erreicht hat.

Die Abrollbewegung der Rollbalgmembranen 4a, 4b endet, wenn die von der jeweiligen langen Schraubendruckfeder 8a umschlossene, zweite Schrauben­ druckfeder 8b, deren Unterende fest mit demjenigen der ersten Schraubendruckfeder 8a verbunden ist, mit ihrem Oberende zur Anlage an den Flansch gelangt, durch den das zugehörige Stahlseil 7 hindurch und über die Umlenk­ rolle 6 geführt ist. Zusätzlich kann ein Sensor für die untere Endlage des Tragrings 5 vorgesehen sein. Die obe­ re Endlage des Tragrings 5 wird durch eine an dem Mün­ dungsrohr 9 ausgebildete Ringschulter 9a bestimmt und zusätzlich mittels eines Sensors 21, z. B. eines indukti­ ven Näherungsschalters, überwacht.

Zum Öffnen des Schüttgutventils würde es an sich genügen, die Magnetventile 19 und 20, die als 3/2-Wegeventile aus­ gebildet sind, zu schließen, wodurch gleichzeitig die Ab­ laufleitungen 17a und 18a freigegeben werden. Die Schraubendruckfedern 8a und 8b sorgen dann dafür, daß die Rollbalgmembranen 4a und 4b einschließlich des Tragringes 5 in die in Fig. 3 gezeichnete Stellung zurückwandern. Erst bei oder kurz vor Erreichen dieser Stellung vermag die Schraubendruck­ feder 12 den Hohlkolben 10 in seine Ausgangs- oder Offen­ stellung zurückzuführen. Zweckmäßiger ist es jedoch, die Reihenfolge der Bewegung über eine entsprechende, elek­ tronische Ablaufsteuerung, die die Magnetventile 19 und 20 betätigt, fest vorzugeben. Mittels einer solchen Ab­ laufsteuerung kann auch ein kleiner Restdruck in dem Druckraum 16 aufrechterhalten werden, der dafür sorgt, daß die Rollbalgmembranen 4a und 4b aneinander anliegen, so daß zwischen die betreffenden Flächen keine Schütt­ gutpartikel gelangen können.

Die innen liegende Rollbalgmembran 4a hat in ihrem Be­ reich, mit dem sie in Schließstellung des Ventils den verbleibenden Ringspalt zwischen dem Ventilsitz 3 und dem Hohlkolben 10 überdeckt, also in ihrem am stärksten beanspruchten Bereich, eine Wandstärkenverdickung.

Claims (5)

1. Schüttgutventil für Schüttgutbehälter mit vertikalem Mündungsrohr, das in einem Ventilsitz endet, mit dem ein bewegliches Ventilorgan zusammenwirkt, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß das Ventilorgan aus einem zylindrischen Hohlkolben (10) besteht, dessen obere Stirn­ fläche (10a) mit dem Ventilsitz (3) zusammen­ wirkt,
• - daß der Durchmesser des Hohlkolbens (10) etwa gleich dem Außendurchmesser des Mündungsroh­ res (9) ist,
• - daß die untere Stirnfläche des Hohlkolbens (10) über einen Faltenbalg (13) druckdicht mit einer ortsfesten Kolbenträgerplatte (15) verbunden ist, auf der eine durch einen Kolbenboden (10b) hindurch in das Innere des Hohlkolbens reichen­ de Stange (11) befestigt ist, an deren oberem Ende eine Querplatte (11a) vorgesehen ist, gegen die sich das eine Ende einer vorgespannten Schraubendruckfeder (12) abstützt, deren anderes Ende gegen den Kolbenboden (10b) anliegt,
• - daß der von dem Faltenbalg (13) umschlossene Raum druckbeaufschlagbar ist,
• - daß das Mündungsrohr (9) sowie der Hohlkolben (10) über einen Teil ihrer Länge unter Frei­ lassung eines Ringraumens von einem Rohr­ stutzen (22) umgeben sind,
• - daß etwa in Höhe des Ventilsitzes (3) die unteren Umfangsränder von zwei gleichartigen Rollbalgmem­ branen (4a, 4b) einerseits an dem Außenumfang des Mündungsrohres (9), andererseits an dem Innenum­ fang des Rohrstutzens (22) druckdicht festgelegt sind und die oberen Umfangsränder der beiden Roll­ membranen in einem gemeinsamen Tragring (5) ein­ gespannt sind,
• - daß an dem Tragring (5) umfangssymmetrisch Zug­ glieder angreifen, die einer Bewegung des Tragringes nach unten in Richtung des Ventilsitzes (3) eine wegproportionale Kraft entgegensetzen,
• - und daß der Tragring (5) sowie die Zugglieder sich in einem druckdichten, druckbeaufschlagbaren Druckraum (16) befinden.

2. Schüttgutventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zugglieder aus Stahlseilen (7) bestehen, die über in dem druckbeaufschlagbaren Druckraum (16) ange­ ordnete Umlenkrollen (6) in vertikale, an ihren unteren Stirnflächen druckdicht verschlossene Rohre (23) ge­ führt sind und an den Unterenden von vorgespannten Schraubenfederanordnungen (8a, 8b) befestigt sind, deren obere Enden sich gehäusefest abstützen.

3. Schüttgutventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Schraubenfederanordnung (8a, 8b) aus einer ersten, langen Schraubendruckfeder (8a) und einer von dieser umschlossenen, zweiten Schrauben­ druckfeder (8b) besteht, deren Unterende fest mit dem­ jenigen der ersten Schraubendruckfeder (8a) verbunden ist.

4. Schüttgutventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die obere Stirnfläche (10a) des Hohlkolbens (10) als Kegel und der Ventilsitz (3) als hierzu komplementäre Kegelfläche ausgebildet sind.

5. Schüttgutventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die innenliegende Rollbalg­ membran (4a) in ihrem in Schließstellung des Ventils den verbleibenden Ringspalt zwischen dem Ventilsitz (3) und dem Hohlkolben (10) überdeckenden Bereich eine Wandstärkenverdickung hat.