Ventil zur Strömungsmittelzufuhr

Abstract

 Das Ventil zur Zufuhr eines Strömungsmittels zu einer wechselweise mit verschiedenen Strömungsmitteln beschickten Strömungsmittelleitung, insbesondere derjenigen eines Konverters zur Behandlung des Konverterinhaltes mit verschiedenen gasförmigen Strömungsmitteln, weist zwischen dem Strömungsmitteleinlaß (7) und dem Strömungsmittelauslaß (10) eine Kammer (20) auf, welche auf der dem Strömungsmitteleinlaß (7) zugewandten Seite durch einen Kolben (11) und auf der dem Strömungsmittelauslaß (10) zugewandten Seite durch einen Teller (12) verschließbar ist. Der Kolben (11) ist auf der der Kammer (20) abgewandten Seite über eine gesonderte Strömungsmittelleitung (27) und die Kammer (20) ist über eine gesonderte Strömungsmittelleitung (28) wahlweise mit dem Strömungsmitteleinlaß (7) bzw. der freien Atmosphäre zum Schließen der Kammer (20) durch den Kolben (11) und Kammerentlüften oder mit der freien Atmosphäre bzw. dem Strömungsmitteleinlaß (7) zum Öffnen der Kammer (20) durch den Kolben (11) verbindbar. Der Teller (12) ist durch eine Feder (13) und einen Differentialkolben (14) mit einer größeren Wirkungsfläche (14') auf der dem Strömungsmittelauslaß (10) zugewandten Seite und einer kleineren Wirkungsfläche (14") auf der entgegengesetzten Seite auf die Kammer (20) zu in Schließstellung belastet (Einzige Figur).

Beschreibung

[0001] Bei wechselweise mit verschiedenen Strömungsmitteln beschickten Strömungsmittelleitungen, welche also mindestens zwei unterschiedliche Strömungsmittel führen, und zwar immer nur eines der beiden, nämlich während einer bestimmten Periode das eine Strömungsmittel und während der anderen Periode das andere Strömungsmittel, wird gefordert, daß in der abwechselnd durchströmten Strömungsmittelleitung ständig der Druck des einen oder des anderen Strömungsmittels aufrecht erhalten bleibt.

[0002] Dies ist insbesondere bei Strömungsmittelleitungen der Fall, über die beispielsweise Konverter zur Stahlerzeugung mit gasförmigen bzw. Suspensionen aus Trägergas und Feststoffen, zur Behandlung der Schmelze versorgt werden. Auf diese Weise können zum Beispiel die Düsen unterhalb der Badoberfläche eines Konverters.mit Inertgas oder Sauerstoff, mit oder ohne Beladung von pulverförmigen Schlackenbildnern, beschickt werden. Ein Druckabfall in diesen Düsen im Konverter würde zwangsläufig das Eindringen der Schmelze in die Düsenrohre nach sich ziehen und zu Verstopfungen der Düsen sowie zu Beschädigungen an den Versorgungseinrichtungen und -leitungen der Düsen führen.

[0003] Um den besagten Forderungen Rechnung zu tragen, ist es bekannt, bei Strömungsmittelleitungen, welche abwechselnd mit Sauerstoff und anderen gasförmigen Strömungsmitteln beschickt werden, dem SauerstoffeinlaB ein erstes Absperrventil, eine Entlüftungsstrekke, ein zweites Absperrventil und ein vom SauerstoffeinlaB weg öffnendes Rückschlagventil nachzuschalten. Die EntlÜftungsstrekke zwischen den beiden Absperrventilen ist mit einem dritten Absperrventil versehen, über welches die Entlüftungsstrecke mit der freien Atmosphäre in Verbindung gesetzt werden kann. Dieses Vorgehen erfordert verhältnismäßig viele Bauteile, ist mit einem relativ großen Platzbedarf verbunden und verhältnismäßig aufwendig.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere diese Nachteile zu beheben und ein Ventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau vor allem den erwähnten Forderungen zuverlässig genügt und sämtliche geschilderten Funktionen zugleich erfüllt.

[0005] Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventils sind in den restlichen Patentansprüchen gekennzeichnet.

[0006] Nachstehend ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, deren einzige Figur einen Längsschnitt in derjenigen Ebene zeigt, in welcher der StrömungsmitteleinlaB und der Strömungsmittelauslaß des dargestellten Ventils vorgesehen sind.

[0007] Das Ventil weist ein Gehäuse 1 -bestehend aus zwei Deckeln 2 und 3 sowie einem rohrartigen Mittelteil 4 auf. Das Mittelteil 4 ist zusammen mit einer inneren Hülse 5 zwischen den beiden Dekkeln 2 und 3 eingespannt, welche durch Schrauben 6 miteinander verbunden sind.

[0008] Senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 1 erstreckt sich der Strömungsmitteleinlaß 7 des Ventils, welcher von einem Rohrstutzen 8 am Mittelteil 4 gebildet ist, der am freien Ende mit einem Anschlußflansch 9 versehen ist. Der StrömungsmittelauslaB 10 des Ventils ist koaxial zur Längsachse des Gehäuses 1 angeordnet und in dem in der Zeichnung rechten Deckel 3 ausgebildet.

[0009] Weiterhin weist das Ventil einen Stufenkolben 11, einen Teller 12, eine Druckfeder 13 und einen Differentialkolben 14 auf. Der Stufenkolben 11, der Teller 12 und der Differentialkolben 14 sind koaxial zueinander und zur Längsachse des Gehäuses 1 angeordnet, ebenso wie die Hülse 5.

[0010] Der Stufenkolben 11 ist in einer Kammer 15 beweglich untergebracht, welche in dem in der Zeichnung linken Deckel 2 ausgebildet ist. Seine Kolbenstange 16 ist in einem topfförmigen Fortsatz 17 des Deckels 2 aufgenommen. Mit der in der Zeichnung rechten Stirnfläche des Abschnitts kleineren Durchmessers wirkt der Stufenkolben 11 mit einer Ringkante 18 der Hülse 5 zusammen, um die benachbarte Öffnung 19 der von der Hülse 5 umschlossenen Kammer 20 zu verschließen, welche sich zwischen dem Strömungsmitteleinlaß 7 und dem Strömungsmittelauslaß 10 erstreckt.

[0011] Der Teller 12 ist im Strömungsmittelauslaß 10 des Ventils zwischen der mit ausgezogenen Linien wiedergegebenen Schließstellung und der'mit strichpunktierten Linien angedeuteten Öffnungsstellung beweglich angeordnet. Er ist an dem in der Zeichnung rechten Ende des Differentialkolbens 14 befestigt und durch diesen sowie die Druckfeder 13 nach links in die Schließstellung belastet, in welcher er mit dem Außenumfang an einer konischen Sitzfläche 21 der Hülse 5 anliegt, um die Kammer 20 auf der dem Strömungsmittelauslaß 10.des Ventils zugewandten Seite zu verschließen.

[0012] Der Differentialkolben 14 erstreckt sich durch ein in der Mitte der Kammer 20 vorgesehenes, mit der Hülse 5 verbundenes Gehäuse 22 hindurch, wobei er die dem StrömungsmittelauslaB 10 des Ventils zugewandte Gehäusestirnwand mit einem Abschnitt 14' größeren Durchmessers und die andere, der Kammeröffnung 19 zugewandte Gehäusestirnwand mit einem Abschnitt 14" kleineren Durchmessers durchsetzt, so daß also seine Wirkungsfläche auf der dem Strömungsmittelauslaß 10 zugewandten Seite größer als die entgegengesetzte Wirkungsfläche auf seiner anderen, der Kammeröffnung 19 und dem Stufenkolben 11 benachbarten Seite ist. Innerhalb des Gehäuses 22 ist der Differentialkolben 14 mit einem Ringbund 23 versehen, welcher mit einer inneren Ringschulter 24 des Gehäuses 22 zusammenwirkt, um die Bewegung des Differentialkolbens 14 in der Zeichnung nach rechts zu begrenzen und somit die mit strichpunktierten Linien angedeute Öffnungsstellung des Tellers 12 zu definieren. Weiterhin stützt sich. am Ringbund 23 die Druckfeder 13 ab, welche im Gehäuse 22 untergebracht ist und mit dem anderen Ende an der in der Zeichnung rechten, dem Teller 12 benachbarten Stirnwand des Gehäuses 22 anliegt. Der Innenraum 25 des Gehäuses 22 kommuniziert über eine Strömungsmittelleitung 26 mit der freien Atmosphäre.

[0013] In die Kammer 15 des Stufenkolbens 11 und in die Kammer 20 mündet jeweils eine Strömungsmittelleitung 27 bzw. 28, und zwar im Bereich der in der Zeichnung linken Kammerstirnfläche bzw. im Bereich neben der konischen Sitzfläche 21 der Hülse 5. Die beiden Strömungsmittelleitungen 27 und 28 sind jeweils an einen Ausgang 29 bzw. 30 eines elektromagnetischen 4-Wege-Ventils 31 angeschlossen, dessen einer Eingang 32 über eine Strömungsmittelleitung 33 mit dem Strömungsmitteleinlaß 7 des Ventils in Verbindung steht, während dessen anderer Eingang 34 mit der freien Atmosphäre kommuniziert.

[0014] Das Ventil funktioniert folgendermaßen. In geöffnetem Zustand strömt das in der am Anschlußflansch 9 befestigten Strömungsmittelleitung zugeführte Strömungsmittel, beispielsweise Sauerstoff, vom Strömungsmitteleinlaß 7 des Ventils zu seinem Strömungsmittelauslaß 10, um in die am Deckel 3 befestigte Strömungsmittelleitung einzutreten, welche zu einem Konverter führt, dessen Inhalt mit dem Strömungsmittel behandelt werden soll, welches von unten her durch bodenseitige Düsen in den Konverter bzw. dessen Inhalt eingeblasen wird. Das elektromagnetische 4-Wege-Ventil 31 befindet sich in der in der Zeichnung links veranschaulichten Schaltstellung, so daß die Kammer 15 des Stufenkolbens 11 entlüftet ist und der von den Strömungsmittelleitungen 28 und 33 gebildete Bypaß zwischen Strömungsmitteleinlaß 7 des Ventils und dessen Kammer 20 geöffnet ist. Der Stufenkolben 11 liegt an der in der Zeichnung linken Stirnfläche der Kammer 15 an, dagegengedrückt durch den Druck des im Gehäuse 1 des Ventils befindlichen Strömungsmittels, so daß die Kammeröffnung 19 freigegeben ist. Auch der Teller 12 nimmt die in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien angedeutete Öffnungsstellung ein.

[0015] Soll nunmehr ein Wechsel der Strömungsmittel in der gemeinsamen Strömungsmittelleitung, d.h. stromab, im Strömungsmittelauslaß 10 von dem einen strömenden, nachfolgend erstes Strömungsmittel genannt, auf das andere einzuschaltende, nachfolgend zweites Strömungsmittel genannt, erfolgen, so wird zunächst das zweite Strömungsmittel, beispielsweise durch ein baugleiches Ventil, auf die gemeinsame Strömungsmittelleitung aufgeschaltet. Sobald dieses zweite, nichtdargestellte, Ventil durch einen entsprechenden Kontakt die Betriebsstellung "geöffnet" meldet, schaltet man das dargestellte Ventil auf den in der Zeichnung wiedergegebenen, geschlossenen Zustand um.

[0016] Der Druck in der gemeinsamen Strömungsmittelleitung stellt sich, sobald das zweite Strömungsmittel zugeschaltet ist, auf den höheren Druck der beiden Strömungsmittel ein, so daß in der gemeinsamen Strömungsmittelleitung immer der Druck eines der beiden Strömungsmittel wirkt. Ist beispielsweise der Druck des zweiten Strömungsmittels höher als der des ersten, so schließt der Teller 12 die Ventilkammer 20 und verhindert das Einströmen des zweiten Strömungsmittels in das Ventil für das erste Strömungsmittel. Bei umgekehrten Druckverhältnissen bleibt der Teller 12 des Ventils für das zweite Strömungsmittel solange geschlossen, bis durch den Schließvorgang des Ventils für das erste Strömungsmittel der Druck in der gemeinsamen Strömungsmittelleitung auf den Druck des zweiten Strömungsmittels gefallen ist.

[0017] Das dargestellte Ventil für das erste Strömungsmittel wird zur Unterbrechung dieser Strömungsmittelleitung folgendermaßen in den in der Zeichnung wiedergegebenen, geschlossenen Zustand geschaltet. Das elektromagnetische 4-Wege-Ventil 31 wird in die in der Zeichnung rechts veranschaulichte Schaltstellung umgeschaltet, so daß nunmehr die in die Kammer 15 des Stufenkolbens 11 führende Strömungsmittelleitung 27 über die Strömungsmittelleitung 33 mit-dem Strömungsmitteleinlaß 7 des Ventils und dessen Kammer 20 über die Strömungsmittelleitung 28 stattdessen mit der freien Atmosphäre -kommuniziert. Der Stufenkolben 11 wird durch den sich in der Kammer 15 aufbauenden, auf seine rückwärtige, größere Wirkungsfläche einwirkenden Druck auf die Hülse 5 zu verschoben und gegen die Ringkante 18 gedrückt, um die Öffnung 19 der Kammer 20 zu verschließen, so daß kein Strömungsmittel mehr vom

[0018] Strömungsmitteleinlaß 7 her in die Kammer 20 gelangen kann, welche über die Strömungsmittelleitung 28 entlüftet wird. Zugleich bewegt sich der Teller 12 aus der in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien angedeuteten Öffnungsstellung in die mit ausgezogenen Linien wiedergegebene Schließstellung, und zwar aufgrund der Wirkung der Druckfeder 13 und des Differentialkolbens 14 mit den entsprechend angeordneten Wirkungsflächen 14' und 14'' unterschiedlicher Größe. Der Teller 12 gewährleistet also zuverlässig eine Rückschlagventilfunktion.

[0019] Um das Ventil aus dem geschlossenen in den geöffneten Zustand umzuschalten, wird das elektromagnetische 4-Wege-Ventil 31 wieder in die in der Zeichnung links veranschaulichte Schaltstellung rückgeschaltet, so daß die Kammer 15 des Stufenkolbens 11 über die Strömungsmittelleitung 27 entlüftet und die Kammer 20 des Ventils über die Strömungsmittelleitung 28 mit Strömungsmittel vom Strömungsmitteleinlaß 7 des Ventils her beaufschlagt wird. Der Stufenkolben 11 wird in der Zeichnung nach links verschoben, um die Öffnung 19 der Kammer 20 freizugeben, so daß Strömungsmittel vom Strömungsmitteleinlaß 7 her einströmen kann. Der Teller 12 hebt von der konischen Sitzfläche 21 der Hülse 5 ab und wird in die in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien angedeutete Öffnungsstellung bewegt.

Ansprüche

1. Ventil zur Zufuhr eines Strömungsmittels zu einer wechselweise mit verschiedenen Strömungsmitteln beschickten Strömungsmittelleitung, insbesondere derjenigen eines Konverters zur Behandlung des Konverterinhaltes mit verschiedenen gasförmigen Strömungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zwischen dem Strömungsmitteleinlaß (7) und dem Strömungsmittelauslaß (10) eine Kammer (20) vorgesehen ist, welche

b) auf der dem Strömungsmitteleinlaß (7) zugewandten Seite durch einen Kolben (11) und

c) auf der dem Strömungsmittelauslaß (10) zugewandten Seite durch einen Teller (12) verschließbar ist, wobei

d) der Kolben (11) auf der der Kammer (20) abgewandten Seite und die Kammer (20) jeweils über eine gesonderte Strömungsmittelleitung (27 bzw. 28) wahlweise mit dem Strömungsmitteleinlaß (7) bzw. der freien Atmosphäre zum Schließen der Kammer (20) durch den Kolben (11) und Kammerentlüften oder mit der freien Atmosphäre bzw. dem Strömungsmitteleinlaß (7) zum Öffnen der Kammer (20) durch den Kolben (11) verbindbar sind, und wobei

e) der Teller (12) durch eine Feder (13) und einen Differentialkolben (14) mit einer größeren Wirkungsfläche (14') auf der dem Strömungsmittelauslaß (10) zugewandten Seite und einer kleineren Wirkungsfläche (14") auf der entgegengesetzten Seite auf die Kammer (20) zu in Schließstellung belastet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) auf der der Kammer (20) abgewandten Seite einen Durchmesser größer als derjenige der zugehörigen Kammeröffnung (19) aufweist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (14) sich durch ein in der Mitte der Kammer (20) vorgesehenes Gehäuse (22) hindurch erstreckt, in welchem die Feder (13) aufgenommen ist und dessen Innenraum (25) mit der freien Atmosphäre kommuniziert.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zum Kolben (11) bzw. in die Kammer (20) führenden Strömungsmittelleitungen (27 und 28) an die beiden Ausgänge (29 und 30) eines elektromagnetischen

4-Wege-Ventils (31) angeschlossen sind, dessen beide Eingänge (32 und 34) mit dem Strömungsmitteleinlaß (7) über eine Strömungsmittelleitung (33) bzw. mit der freien Atmosphäre kommunizieren.

5. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20), der Kolben (11), der Teller (12) und der an letzterem vorgesehene Differentialkolben (14) koaxial zueinander und zum Strömungsmittelauslaß (10) angeordnet sind, während der Strömungsmitteleinlaß (7) senkrecht dazu ausgerichtet ist.

Zeichnung