DE10042650C1

DE10042650C1 - Schalt-Ventil

Info

Publication number: DE10042650C1
Application number: DE2000142650
Authority: DE
Inventors: Ulrich Lotz
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2020-08-31

Abstract

Eine Vorrichtung zum gesteuerten bzw. geregelten Durchfluß eines Fluids, die einen im Dicht- oder Durchlaßsinn beweglichen Ventilkörper enthält, der mit einem antreibbaren Halterteil verbunden und von diesem bewegbar ist, soll so verbessert werden, daß sie eine große Lebensdauer trotz Schaltfrequenzen von über 100 Hz gewährleistet ist. Dazu wird vorgeschlagen, daß das Halteelement den Ventilkörper im wesentlichen umlaufend umgreift und zwischen dem Halteteil und dem Ventilkörper ein Führungsteil angeordnet ist, daß innenseitig den Ventilkörper und außenseitig den Halteteil führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gesteuerten bzw. geregelten Durchfluß eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist z. B. durch DE 86 26 681 U1 be kannt geworden. Sie wird häufig auch insgesamt als Schalt-Ventile bezeichnet und findet beispielsweise Verwendung, um stationäre Heizkessel, etwa einer Ölhei zung, mit Brennstoff zu versorgen. Dabei ist es bekannt, in Heizphasen das Ventil, etwa ein Nadelventil, zu öffnen und so den Durchfluß von Brennstoff zu ermögli chen. In Ruhephasen ist das Ventil hingegen geschlossen, die Brennstoffzufuhr somit gestoppt. Ein derartiges Ventil kann für den vorderseitig in einem Dichtsitz aufgenommenen Ventilkörper einen Haltekörper aufweisen, der an das rückwärti ge Ende des Ventilkörpers anschließt und beispielsweise über eine äußere Erre gerspule angetrieben wird. Ein derartiges Ventil hat eine lange Bauform und kann aufgrund des langen bewegten Teils nur eine Axialbewegung des Ventilkörpers bewirken, die von einer radialen Bewegungskomponente mit seitlichem Spiel überlagert ist. Dadurch ist die Präzision und die Schaltfrequenz des Ventils einge schränkt. Auch die Lebensdauer ist aufgrund der Materialbeanspruchung bei ei nem leichten Verkanten gering.

Es sind auch Proportional-Ventile bekannt, mittels derer sich ein Fluiddurchfluß jedoch nur schwer und aufwendig regeln läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich von gattungsgemä ßen Ventilen zu erweitern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine erheblich verbesserte Ventilfüh rung gewährleistet. Das Bauteil hat insgesamt kürzere Abmessungen als bisher, durch die Führung sowohl des Halteteils als auch des Ventilkörpers ist eine deut lich gesteigerte Präzision erreicht. Gleichzeitig ist jedoch nur ein Führungsteil not wendig, das innen- und außenseitig eine Führung darstellt, wodurch der bauliche Aufwand gering bleibt.

Wenn das Führungsteil hülsenartig ausgebildet ist und sich über einen wesentli chen Teil der Länge des Ventilkörpers und des Halteteils erstreckt, kann eine be sonders exakte Führung erfolgen, was eine hohe Präzision der Ventilöffnungs- und -schließbewegung ermöglicht.

Wenn besonders günstig das Halteteil und der Ventilkörper mit Spiel senkrecht zur Bewegungsrichtung aneinander festgelegt sind, etwa durch kraftschlüssige Ver bindung, können beide Teile einzeln während der Bewegung ausgerichtet werden, beispielsweise an einem zwischen den genannten Teilen befindlichen Führungs teil.

Damit läßt sich eine Bewegungspräzision erreichen, die die Zahl der möglichen Bewegungszyklen während der Lebensdauer des Ventils um ein Vielfaches ver größert.

So ist ein Verfahren möglich, bei dem der Ventilkörper anstelle der bisherigen lan gen Ein- bzw. Ausschaltphasen eine intermittierende Arbeitsweise ausführt, etwa mit Frequenzen von einigen 10 Hz, was eine erheblich bessere Steuerung bzw. Regelung des Fluiddurchflusses erlaubt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten dar Erfindung ergeben sich aus einem nachfol gend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung 1 weist ein aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehendes Gehäuse 2 auf, beispielsweise aus einem gedrehten Stahlteil. In diesem ist eine kunststoffumspritzte Erregerspule 3, die mit elektrischen Kontakten 4 zur Strom beaufschlagung versehen ist, eingebettet.

Innerhalb des von der zylindrischen Erregerspule 3 umgebenen Raumes befindet sich ein Becherkörper 5, der in seinem Boden 6 eine Ausnehmung 7 zum Durch tritt eines Führungsteils 11 beläßt, wobei der Becherkörper 5 über Runddichtringe 9 und 10 gegenüber dem Außenraum abgedichtet ist.

Im Innern des Becherkörpers 5 befinden sich, radial einander umschließend, von innen nach außen ein axial beweglicher Ventilkörper 8, das Führungsteil 11 und ein Halteteil 12.

Der Ventilkörper 8 ist als längliches Nadelventil ausgebildet und umfaßt einen axialen inneren Leitungskanal 13 für das Fluid. Über radiale Bohrungen 14 ist der Leitungskanal 13 mit einer axial an den Ventilkörper 8 anschließenden Austritts bohrung 15 verbindbar. Die Verbindung 16 ist schließbar, wenn der konisch zu laufende Kopfbereich 17 des Ventilkörpers 8 in einen Dichtsitz 18 gedrückt wird.

Dieser Dichtsitz 18 besteht aus einem verschleißfesten Werkstoff, etwa gehärte tem Werkzeugstahl. Der Ventilkörper 8 selbst besteht aus einem verschleißfesten, unmagnetischen Werkstoff, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung mit einer eloxierten Oberfläche.

Der axial bewegliche Nadel-Ventilkörper 8 ist umgeben von einem parallel zur axialen Erstreckung des Ventilkörpers 8 verlaufenden Führungsteil 11. Dieses ist aus einer Lagerbronze hergestellt und dient als Gleitlager für den in dem Füh rungsteil 11 aufgenommenen Ventilkörper 8. Dieser ist mit geringem Spiel in dem als Gleitlager dienenden Führungsteils 11 axial verschieblich gehalten.

Um den Führungsteil 11 herum erstreckt sich das magnetisierbare, hülsenförmige Halteteil 12, das an einem sich verengenden Halsbereich 19 des Ventilkörpers 8 mittels einwärts weisender Flansche 20 angreift. Hierüber ist der Ventilkörper 8 axial beweglich. Das Halteteil 12 ist außenseitig auf dem als Gleitlager auch für dieses dienenden Führungsteil 11 in dichtem Abstand gehalten. Etwa 90% der Länge des Halteteils 12 sind im Ausführungsbeispiel an dem Führungsteil axial beweglich geführt.

Durch die genannte doppelte Lagerungsfunktion des Führungsteils 11 innen- wie außenseitig ergibt sich eine hohe Präzision der Führung. Die Verbindung zwi schen dem Ventilkörper 8 und dem Halteteil 12 ist nicht starr, sondern kann senk recht zur axialen Erstreckung dieser Teile derart Spiel aufweisen, daß sowohl der Ventilkörper 8 als auch das Halteteil 12 sich einzeln und unabhängig voneinander an dem Führungsteil 11 zentrieren können. Dadurch ist eine streng axiale Aus richtung beider Teile ohne die Gefahr eines Verkantens ermöglicht. Um ein Anein anderhaften der Teile 8 und 12 zu verhindern, ist eine Antiklebscheibe 24 vorge sehen.

Am hinteren Ende des Ventilkörpers 8 befindet sich ein Ansatz zur Aufnahme ei ner Druckfeder 21, die den Ventilkörper 8 gegenüber dem Gehäuse 2 in Schließ richtung vorspannt und den Kopfbereich 17 des Ventilkörpers 8 in den Dichtsitz 18 drückt.

Die Druckfeder 21 stützt sich in einem umlaufenden Kernflansch 25 ab. Dieser schließt sich rückseitig an die Erregerspule 3 an und ist aus magnetisch leitfähi gem Material gebildet. Er ist in das Gehäuse 2 verdrehgesichert bis zum Anschlag eingepreßt und über eine Stemmverbindung 26 mit diesem verbunden. Der Kern flansch 25 nimmt zudem einen Siebfilter 27 auf.

Um die Erregerspule 3 mit einem geschlossenen magnetischen Joch zu versehen und den magnetischen Fluß zu gewährleisten, schließt sich axial an diese eine Polscheibe 22 an, die ihrerseits mit einem als Hubbegrenzung dienenden vorde ren und umlaufenden Anschlag 23 aus magnetisch nicht leitfähigem Material ver bunden ist. In den Anschlag 23 ist der Dichtsitz 18 eingepreßt.

Bei Strombeaufschlagung der Erregerspule 3 wird auf das Halteteil 12 eine axial entgegen der Kraft der Druckfeder 21 gerichtete Kraft ausgeübt, so daß das Hal teteil 12 und mit ihm der Ventilkörper 8 gegen die Federkraft bewegt werden, wo durch der Kopfbereich 17 des Ventilkörpers 8 den Dichtsitz 18 freigibt und die Verbindung 16 zwischen den radialen Bohrungen 14 und der axialen Austrittsboh rung 15 hergestellt wird.

Aufgrund der hohen Exaktheit der rein axialen Bewegung des Ventilkörpers 8 und der geringen Masse der bewegten Teile kann eine solche Vorrichtung in einem intermittierenden Verfahren über mehrere Jahre mit einer Frequenz von einigen 10 Hz betrieben werden. Als günstig erweisen sich 30 bis 120 Hz. Bei einer derarti gen Beanspruchung hat ein solches Ventil mehrere Milliarden Bewegungszyklen zu überstehen, was mit der erfindungsgemäßen Ausbildung möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Gehäuse

3

Erregerspule

4

Kontakte

5

Becherkörper

6

Boden

7

Ausnehmung

8

Ventilkörper

9

Runddichtring

10

Runddichtring

11

Führungsteil

12

Halteteil

13

Leitungskanal

14

radiale Bohrungen

15

axiale Austrittsbohrung

16

Verbindung

17

Kopfbereich des Ventilkörpers

18

Dichtsitz

19

Halsbereich

20

Flansch

21

Druckfeder

22

Polscheibe

23

vorderer Anschlag

24

Antiklebscheibe

25

Kernflansch

26

Stemmverbindung

27

Siebfilter

Claims

1. Vorrichtung (1) zum gesteuerten bzw. geregelten Durchfluß eines Fluids, welche einen im Dicht- oder Durchlaßsinn beweglichen Ventilkörper (8) enthält, der mit einem antreibbaren Halteteil (12) verbunden und von die sem bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteteil (12) den Ventilkörper (8) im wesentlichen umlaufend um greift und zwischen dem Halteteil (12) und dem Ventilkörper (8) ein Füh rungsteil (11) angeordnet ist, das innenseitig den Ventilkörper (8) und au ßenseitig den Halteteil (12) führt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) ein längliches Nadelventil ausbildet und mit seinem Kopfbereich (17) in einem Dichtsitz (18) aufgenommen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (11) hülsenartig entlang der Längserstreckung des Ventilkörpers (8) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (11) aus einem unmagnetischen Material besteht und das Halteteil (12) von zumindest einer Erregerspule (3) antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) einen im wesentlichen axialen Leitungskanal (13) mit zumindest einer Öffnung (14) im Bereich des dem Dichtsitz (18) zuge wandten Kopfbereiches (17) zur Leitung des Fluids umfaßt.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteteil (12) mit dem Ventilkörper (8) über eine zumindest senk recht zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers spieleinräumende Verbin dung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) in einem Halsbereich (19) von einem radial ein wärts weisenden Flansch (20) des Halteteils (12) umgriffen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteteil (12) aus einem magnetisierbaren Material besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Ventilkörper (8) aus einem nicht magnetischem Werk stoff besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) mittels Federkraft gegenüber dem Gehäuse (2) der Vorrichtung (1) im Schließsinn des Ventils vorgespannt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (18) in einen den Ventilhub begrenzenden vorderen An schlag (23) eingepreßt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (11) aus einer Lagerbronze besteht und in den den Ventilhub begrenzenden vorderen Anschlag (23) eingepreßt ist.

13. Verfahren zur Steuerung des Durchflusses eines Fluids, wobei hierzu ein im Dicht- oder Durchlaßsinn beweglicher Ventilkörper verlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) intermittierend mit einer Frequenz von zumindest 10 Hz bewegt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung des Ventilkörpers (8) eine äußere Erregerspule (3) ein mit dem Ventilkörper (8) verbundenes und diesen umgreifendes und antreibendes Halteteil (12) aus magnetischem Material unmittelbar antreibt und damit mittelbar den Ventilkörper (8) antreibt.