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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Ableitventile der Membranbauart und
insbesondere ein Gehäuse
für ein
Ableitventil der Membranbauart, das verbesserte Ablaufeigenschaften
zeigt.
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Hintergrund der Erfindung
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In
Rohrleitungssystemen für
Fluidprozesse ist es oftmals erforderlich, den Fluss von Fluid von
einem Strom zu einem anderen abzuleiten. Dies kann herkömmlicherweise
unter Verwendung eines Ableitventils der Membranbauart, d. h. eines
Dreiwegeventils, erreicht werden. Ventile dieser Bauart leiten den Fluidfluss
von einer einzigen Einlassanschlussöffnung zu jeweils einer von
zwei Auslassanschlussöffnungen,
indem eine Membran gegen einen Rand eines Wehres oder einer Trennwand
innerhalb des Ventilgehäuses
geschlossen wird und dadurch der Fluidfluss zu der einen Anschlussöffnung unterbunden
wird und der Fluss zu der anderen Anschlussöffnung erlaubt wird. Ein Beispiel
für ein
Ventil dieser Bauart ist in dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5,427,150
mit dem Titel "HOUSING
FOR A DIVERTER VALVE",
erteilt an Richard A. Skaer am 27. Juni 1995, beschrieben, dessen
Offenbarung hiermit durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird,
als ob sie vollständig
hierin ausgeführt
wäre.
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In 1 und 2 ist
ein Ableitventilgehäuse 10 gemäß der Lehre
des Patents '150
dargestellt, das einen Körper
mit einer flachen Basis 12, einer Vorderwand und einer
Hinterwand 14 bzw. 16 und Seitenwänden 18 und 20 aufweist,
die sich jeweils von der Basis 12 erheben. In der Vorderwand 14 ist eine
Einlassanschlussöffnung 22 gebildet,
die sich in eine in dem Gehäuse 10 gebildete
Kammer 24 öffnet. Die
Kammer 24 hat einen gekrümmten Ablaufkanal 26 am
Boden und ist durch eine Trennwand 28 unterteilt. In der
Hinterwand 16 ist ein Paar von Auslassanschlussöffnungen 30 und 32 gebildet,
die sich ebenfalls jeweils in die Kammer 24 in dem Gehäuse öffnen. Die
Trennwand 28 enthält
einen schräg
verlaufenden Schenkel mit Wänden
zwischen den Anschlussöff nungen 30 und 32.
Folglich bildet die Trennwand 28 aus der Kammer 24 ein
erstes Fach 34, in das sich die Anschlussöffnung 22 öffnet, ein zweites
Fach 36, in das sich die Anschlussöffnung 28 öffnet, und
ein drittes Fach 38, in das sich die Anschlussöffnung 33 öffnet (siehe 2).
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In
den Seitenwänden 18 und 20 sind Öffnungen 40 und 42 gebildet
und die Trennwand 28 hat Kanten 44 und 46,
die die Öffnungen 40 und 42 durchschneiden.
Ferner bilden die Kanten 44 und 46 Wehre, die
Ausnehmungen 48 und 50 enthalten, an welche sich
Membranen anlegen oder von welche Membranen sich entfernen, um den
Fluidfluss durch die eine oder die andere der Anschlussöffnungen 30 und 32 zu
unterbinden oder zuzulassen.
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In 3 ist
das Gehäuse 10 aus 1 und 2 im
Querschnitt durch die Mitte der Öffnungen 40 und 42 dargestellt.
Zusätzlich
zeigt 3 die Membranen 52 und 54 mit
daran angebrachten jeweiligen Druckstangen 56 und 58,
die durch ein Handrad betätigt
werden. Die Membran 52 ist gegen das Wehr oder die Kante 44 geschlossen,
und die Membran 54 ist von dem Wehr oder der Kante 46 entfernt.
Wie allgemein verständlich
ist, ist als Resultat der Fluidfluss von der Anschlussöffnung 22 zu
der Anschlussöffnung 30 unterbunden
und der Fluss von der Anschlussöffnung 22 zu
der Anschlussöffnung 32 wird
zugelassen.
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Zur
Sicherung gegen den Einschluss von Fluid in dem Gehäuse 10,
wenn dieses als Teil eines Ableitventils in einem Rohrleitungssystem
horizontal angeordnet ist, sieht die Erfindung '150 eine horizontale Ablaufebene vor.
Die untersten Abschnitte der Anschlussöffnungen 22, 30 und 32,
der Öffnungen 40 und 42 und
der Wehre oder Kanten 44 und 46 gehen in den Ablaufkanal 26 über und
hängen
mit diesem zusammen. In dem Gehäuse 10 wird
somit keine Tasche oder Vertiefung geboten, in der sich ein Fluidrest
ansammeln kann. Ferner sind die Seitenwände 18 und 20 wie
dargestellt aus der Senkrechten geneigt und bestimmen die Vorderwand
und die Hinterwand 14 und 16 im wesentlichen dreieckig.
Es wurde festgestellt, dass durch die Neigung der Wände 18 und 20 mit
einem dazwischenliegenden Winkelbogen von 40 bis 80 Grad der vollständige Ablauf
von Flüssigkeit
durch das Gehäuse 10 stark
erleichtert wird. Die horizontale Ablaufebene des Gehäuses 10 ist durch
die Flusslinien 120 dargestellt, die in 1 und 2 gezeigt
sind.
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Es
wurde festgestellt, dass dann, wenn ein Ableitventil dieser Bauart
in Rohrleitungssystemen für
Fluidprozesse in vertikaler Ausrichtung eingebaut wird und der Fluidfluss
unterbrochen wird, das Gehäuse 10 typischerweise
einen für
viele Prozesse ausreichend gründlichen
Ablauf durch das Gehäuse zeigt.
Es gibt jedoch Rohrleitungssysteme, bei welchen es erforderlich
ist, dass das Ableitventil ein außerordentlich hohes Ausmaß des Ablaufs
zeigt, da auch eine in dem Gehäuse
verbleibende geringe Fluidrestmenge mit einem nachfolgenden Fluidfluss ausgeleitet
wird, wenn das Ventil wieder betätigt
wird, wodurch der nachfolgenden Fluidfluss verunreinigt wird. Dies
stellt beispielsweise in pharmazeutischen und biotechnischen Prozessanwendungen
ein beträchtliches
Problem dar, wo Sauberkeit und Sterilität von höchster Bedeutung sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem mit
einem Ventil zu lösen,
das dieses außerordentlich
hohe Ausmaß des
Ablaufs zeigt, und zwar ungeachtet dessen, ob es in einer horizontalen
oder vertikalen Position eingebaut ist.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Ein
Ableitventilgehäuse,
enthaltend: einen Körper,
der eine Basis und eine Vielzahl von Wänden enthält, die zusammenwirkend eine
Kammer bilden, eine Trennwand innerhalb der Kammer, die die Kammer
in eine Vielzahl von Fächern
unterteilt; eine erste Anschlussöffnung
in einer ersten der Wände,
die Zugang zu einem ersten der Fächer
bietet; und eine zweite und eine dritte Anschlussöffnung in
einer zweiten der Wände,
die jeweils Zugang zu einem zweiten bzw. einem dritten der Fächer bietet;
wobei die Trennwand ferner eine Oberfläche enthält, die das erste Fach teilweise
begrenzt, und die Oberfläche
mindestens teilweise zu der zweiten Wand hin abfällt.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines Ableitventilgehäuses nach
dem Stand der Technik;
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2 ist
eine perspektivische Darstellung des Gehäuses aus 1,
aus einem anderen Winkel gesehen;
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3 ist
eine Kombination einer Querschnittsdarstellung und einer ausgezogenen
Darstellung eines Ableitventils, das das Gehäuse aus 1 und 2 enthält, wobei
das Gehäuse
im Querschnitt gezeigt ist und die Membranen und Druckstangen desselben
im wesentlichen in ausgezogener Darstellung gezeigt sind;
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4 ist
eine Draufsicht des Gehäuses
aus 1 und 2 in vertikaler Anordnung;
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5 ist
eine perspektivische Darstellung eines Ableitventilgehäuses gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine perspektivische Darstellung eines Ableitventilgehäuses gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist
eine perspektivische Darstellung eines Ableitventilgehäuses gemäß einer
dritten und bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Es
wurde festgestellt, dass dann, wenn das Gehäuse 10 wie in 4 gezeigt
innerhalb eines Prozesssystems in der Weise senkrecht angeordnet ist,
dass die Anschlussöffnung 22 oberhalb
der Anschlussöffnungen 30 und 32 angeordnet
ist, die Trennwand 28 wie vorstehend beschriebenen teilweise
den Ablauf aus dem Körper 10 behindern
kann. Die Trennwand 28 enthält typischerweise eine relativ große flache
Oberfläche 100 auf
einer Seite der Wehre 44, 46. Diese Oberfläche 100 weist
zu der Einlassanschlussöffnung 22.
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Die
Oberfläche 100 in
der in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform
nimmt die Form einer im wesentlichen dreieckigen, horizontalen Fläche an, wenn
das Gehäuse 10 in
einer vertikalen Rohrleitung eingebaut wurde. Wenn somit das Gehäuse 10 wie beschrieben
in einer vertikalen Rohrleitung eingebaut ist, bildet die Oberfläche 100 eine
Platte, die beispielsweise auf Grund der Oberflächenspannung möglicherweise
nicht ausreichend abläuft,
wenn der Fluidfluss unterbrochen wird. Das Ablaufen des Fluids nach
dem Unterbrechen des Flusses ist durch den Weg 110 in 4 gezeigt.
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Gemäß vorliegender
Erfindung ist die Oberfläche 100 zu
den Anschlussöffnungen 30, 32 hin
geneigt, umso evtl. nach dem Unterbrechen des Fluidstroms auf der
Oberfläche 100 verbleibendes
Fluid effizienter ablaufen zulassen. Es wurde festgestellt, dass
eine Neigung von nur einem halben Grad (0,5°) wirksam ist. Die Neigung kann
auf jedes gewünschte Ausmaß erhöht werden,
vorausgesetzt, die horizontale Ablaufebene 120, wie in 1 und 2 dargestellt,
wird beibehalten, um den ordnungsgemäßen Ablauf in einer horizontalen
Anordnung des Gehäuses 10 gemäß der Lehre
des Patentes '150
zu ermöglichen.
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In 5 ist
eine erste Ausführungsform
des Gehäuses 10' gemäß vorliegender
Erfindung dargestellt. Grundsätzlich
wird der Oberfläche 100 eine Neigung
bzw. ein Gefälle
von der Unterteilung 130 nach unten zu den Kanten 44 und 46 hin
verliehen. Mit anderen Worten wird die Oberfläche 100 so ausgeführt, dass
sie eine erhabene Rippe entlang ihrer Unterteilung 130 enthält. Dies
bildet zwei Flächen 140, 150,
die von der Unterteilung 130 weg und zu den Anschlussöffnungen 30, 32 hin
abfallen. Die Pfeile 110 in 5 zeigen
die Richtung des Ablaufs, nachdem der Fluidfluss unterbrochen wurde.
Es ist zu erkennen, dass der Ablauf sich von der Unterteilung 130 weg
zu den beiden Fächern 36 und 38 hin bewegt.
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Gemäß einer
bevorzugten Form dieser ersten Ausführungsform ist mindestens der
Abschnitt der Kanten 44 und 46, an dem die geneigten
Flächen 140, 150 auf
die Kanten 44 und 46 treffen, abgerundet oder
gefast, um die Oberflächenspannung
beim Ablauf von Fluiden über
diese weiter zu reduzieren.
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In 6 ist
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im wesentlichen ist in dieser
zweiten Ausführungsform
die Oberfläche 100 zu
der Basis 12 hin geneigt. Der Pfeil 110 in 6 veranschaulicht
erneut das vertikale Ablaufmuster, wobei der Ablauf zu der Basis 12 gerichtet
ist und dann zu den Anschlussöffnungen 30 und 32.
Gemäß einer
bevorzugten Form der zweiten Ausführungsform ist wiederum der
Abschnitt der Kanten 44 und 46, in dem die geneigte
Oberfläche 100 auf
die Kanten 44 und 46 trifft, der der Basis 12 am
nächsten liegt
und mit Bezugszeichen 105 bezeichnet ist, abgerundet oder
gefast, um die Oberflächenspannung beim
Ablauf von Fluiden über
diesen weiter zu reduzieren.
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In 7 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Grundsätzlich ist die Oberfläche 100 in
der Ausführungsform
aus 7 in entgegengesetzter Richtung zu derjenigen
aus 6 bzw. weg von der Basis 12 geneigt.
Wie 1–7 zeigen,
nimmt die Oberfläche 100 eine
im wesentlichen dreieckige Form an. Die Ausführungsform aus 6 leitet
Fluid von dem Scheitelpunkt 104 (5) zu der
Basis 102 (5) der dreieckigen Oberfläche 100 hin,
während
die Ausführungsform
aus 7 Fluid weg von der Basis 102 (5)
zu dem Scheitelpunkt 104 (5) der dreieckigen
Oberfläche 100 hin
ableitet. Demgemäß ist die
Ausführungsform
aus 7 in einigen Anwendungen gegenüber derjenigen von 6 bevorzugt, da
der Fluidablauf zu dem Scheitelpunkt oder dem schmaleren Abschnitt
des Dreiecksquerschnitts der Oberfläche 100 gerichtet
ist, womit die Oberfläche vermindert
wird, mit der das ablaufende Fluid in Kontakt bleibt, wodurch nachteilige
Auswirkungen beispielsweise der Oberflächenspannung weiter vermindert
werden.
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Auch
hier ist gemäß einer
besonders bevorzugten Form der bevorzugten Ausführungsform aus 7 der
Abschnitt der Kanten 44 und 46, in dem die geneigte
Oberfläche 100 auf
die Kanten 44 und 46 trifft und der von der Basis 12 am
weitesten entfernt liegt, der in 7 mit Bezugszeichen 115 bezeichnet ist,
abgerundet oder gefast, um die Oberflächenspannung beim Ablauf von
Fluid über
diese weiter zu vermindern.
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Obgleich
die Erfindung in einer bevorzugten Form mit einem bestimmten Grad
an Detailliertheit beschrieben und dargestellt wurde, versteht es
sich, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form und
alternativer Ausführungsformen
nur im Rahmen eines Beispiels erfolgt und dass zahlreiche Veränderungen
der Konstruktionsdetails und der Kombination sowie der Anordnung
von Teilen durchgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Patentansprüchen abzuweichen.