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Die Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlagventil mit einem Ventilgehäuse, das eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, die durch einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, wobei der Einlassöffnung ein Ventilsitz zugeordnet, in den Strömungskanal ein durch ein Federelement in Richtung des Ventilsitzes vorgespannter Ventilkörper eingesetzt und dem Ventilgehäuse ein Magnetelement zugeordnet ist.
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Ein vorgenanntes Rückschlagventil, lässt einen Fluidstrom, insbesondere einen Gasstrom, nur in eine Richtung zu.
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Es stellt sich als problematisch dar, dass ein Ventilkörper eines derartigen Rückschlagventils aufgrund der in dem Ventilgehäuse eingebauten, ungedämpften Feder im Zusammenspiel mit einem sprunghaft ansteigendem Gasstrom zum Schwingen und Klappern neigt, was zu Lärm, erhöhtem Verschleiß und einem zeitlich nicht konstanten Gasstrom am Ausgang des Rückschlagventils führen kann. Um dieses Schwingen oder Klappern zu vermeiden, gibt es unterschiedliche bekannte Ansätze, die auf Erhöhung der mechanischen Reibung oder Dämpfung durch einen Gasballast basieren. Solche Rückschlagventile sind beispielsweise in der
DE10 2012 003 505A1 , der
DE 103 27 021 A1 , der
DE 40 21 469 A1 und der
DE 102 24 430 A1 beschrieben.
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Im Weiteren ist es bekannt, magnetische Komponenten in Rückschlagventilen vorzusehen, die jedoch nicht dazu dienen, das Schwingen oder Klappern des Rückschlagventils zu reduzieren oder gar zu verhindern. Die Unterschiede sind klar zu erkennen, da in diesen Fällen das Magnetfeld parallel zur axialen Bewegungsrichtung des Ventilkörpers verläuft und der Bereich des stärksten Magnetfeldes nicht im Bereich der Öffnungsstellung des Ventilsitzes ist.
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Die
DE 10 2007 023 659 A1 offenbart ein Rückschlagventil mit einem Ventilgehäuse, das eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, die durch einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, wobei der Einlassöffnung ein Ventilsitz zugeordnet ist und in den Strömungskanal ein durch ein Federelement in Richtung des Ventilsitzes vorgespannter Ventilkörper eingesetzt ist. Dem Ventilkörper ist im Bereich eines dem Einlass zugeordneten Einlassstutzens ein Magnet zugeordnet, der in einer Schließstellung des Ventilkörpers derart auf denselben einwirkt, dass seine durch die Federkraft bewirkte Schließkraft durch die Magnetkraft erhöht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rückschlagventil der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Ventilkörper bei einem geöffneten Strömungskanal aufgrund des durchströmenden Fluids nicht zum Schwingen und Klappern neigt, so dass eine konstante Strömung möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens ein Magnetelement dem Ventilgehäuse im Bereich des Strömungskanals zugeordnet ist.
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Das durch den Magnet erzeugte Magnetfeld bewirkt eine Dämpfung des Ventilkörpers in dem Fluidstrom im geöffneten Zustand des Rückschlagventils, wodurch das durch die Strömung hervorgerufene Schwingen und Klappern des Ventilkörpers reduziert ist. Da das Schwingen des Ventilkörpers im Gasstrom durch das Magnetfeld quasi unterdrückt ist, ist ein zeitlich konstanter Fluidstrom, insbesondere Gasstrom, möglich. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass sich die Problematik des Schwingens des Ventilkörpers stärker in einem Fluid mit niedriger Viskosität auswirkt und vermehrt auftritt, im Vergleich mit Fluiden mit hoher Viskosität, die die durch die Strömung verursachten Schwingungen des Ventilkörpers dämpfen.
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Nach einer Weiterbildung ist das mindestens eine Magnetelement derart angeordnet und ausgerichtet, dass das Magnetfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers und der Bereich des stärksten Magnetfeldes im Bereich der Öffnungsstellung ausgerichtet ist. Sonach ist das mindestens eine Magnetelement so angeordnet, dass die magnetischen Feldlinien weitgehend senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers, der auch als Ventilglied oder Ventilelement zu bezeichnen ist, verlaufen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rückschlagventils macht sich die Induktion von Wirbelströmen zunutze, die in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld die beabsichtigte Dämpfungswirkung entfalten. Dies führt zu einem kontinuierlichen, pulsationsfreien Gasstrom durch das Rückschlagventil.
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Der Ventilkörper kann zylindrisch, kugelförmig, kegelförmig oder dergleichen gestaltet sein. Es ist auch möglich, dass der Ventilkörper die Form eines Hohlzylinders oder eines Napfs oder dergleichen aufweist, wobei eine Stirnfläche des Ventilkörpers geschlossen ist und derart ausgeformt ist, um das Rückschlagventil am Ventilsitz abgedichtet zu verschließen.
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Das mindestens eine Magnetelement kann in einer Kavität des Ventilgehäuses derart angeordnet werden, dass es sich nicht auf den Strömungskanal auswirkt, also insbesondere die Materialeigenschaften des Ventilgehäuses und die Geometrie des Strömungskanals nicht beeinflusst.
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Zweckmäßigerweise ist das mindestens eine Magnetelement ringförmig bzw. hohlzylinder- oder rohrförmig ausgebildet. Das Magnetelement kann den Ventilkörper umschließen und eine Magnetisierung aufweisen, die nicht axial ist, wobei das Magnetelement vorzugsweise die Form eines radial offenen Hohlzylinders oder Rings hat, also längsseitig geschlitzt ist.
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Es ist möglich, beispielsweise quaderförmige Magnetelemente, die alle an dem Ventilkörper anliegen, beliebig symmetrisch oder asymmetrisch über den Umfang des Ventilkörpers zu verteilen. Beispielsweise können zwei Magnetelemente gegenüberliegend oder rechtwinklig zueinander versetzt oder beliebig zueinander oder drei Magnetelemente beispielsweise sternförmig oder beliebig zueinander ausgerichtet oder vier oder mehr Magnetelemente in beliebiger symmetrischer oder asymmetrischer Ausrichtung angeordnet werden. Bevorzugt sind mehrere Magnetelemente kreuzförmig zueinander ausgerichtet angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist das Magnetelement innerhalb des Strömungskanals angeordnet. Hierbei kann es sich um ein zusätzliches Magnetelement handeln, das die Wirkung der peripher angeordneten Magnetelemente unterstützt. Das Magnetelement ist in geeigneter Weise angeordnet und befestigt, so dass seine Magnetisierung senkrecht zur Ventilachse, also der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers, verläuft. Ist das Magnetelement im Inneren des Ventilkörpers angeordnet oder kommt mit seiner Oberfläche in Kontakt mit dem Fluid, dann ist beispielsweise seine Oberfläche mit Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder Gold oder einem sonstigen Metall oder einer Keramik beschichtet, um insbesondere Korrosion oder eine sonstige unerwünschte chemische Reaktion zu vermeiden.
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In Ausgestaltung ist das mindestens eine Magnetelement mit einer schalenförmigen Halterung an dem Ventilgehäuse befestigt. Die Halterung mit dem Magnetelement kann an dem Ventilgehäuse eines vorhandenen Rückschlagventils, beispielsweise nach Art einer Rohrschelle oder dergleichen klemmend, befestigt werden, wonach die Nachrüstung vorhandener Rückschlagventile mit einem geringen Aufwand möglich ist.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine Magnetelement aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung (z.B. Nd2Fe14B) oder einer Samarium-Cobalt-Legierung (SMCO) gefertigt. Der Fachmann wählt den Werkstoff des Magnetelementes beispielsweise in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit oder den Anwendungstemperaturen.
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In weiterer Ausgestaltung ist eine Spule mit Spannungsanschlüssen dem Ventilgehäuse im Bereich des Strömungskanals zugeordnet. Die Spule kann axial angeordnet werden. Mit Hilfe der Spule lassen sich Änderungen der Ventilstellung, also der Stellung des Ventilkörpers in dem Strömungskanal durch eine induzierte Spannung detektieren. Die Anordnung der Spule ist bevorzugt senkrecht zur Ventilachse, also der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers, ausgerichtet.
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Zweckmäßigerweise weist der Ventilkörper die Form einer Kugel, eines Zylinders oder eines Hohlzylinder auf. Die Geometrie des Ventilkörpers ist nicht auf die angegebenen Formen beschränkt, vielmehr ist jede Geometrie, die gegen einen Ventilsitz, beispielsweise auch unter Verwendung eines Dichtungselementes, abdichtet für den Ventilkörper verwendbar. Der Fachmann wählt eine für den Anwendungszweckgeeigneten Ventilkörper aus. Bevorzugt kommen strömungstechnisch günstige Geometrien zum Einsatz.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Rückschlagventils nach der Erfindung in einer ersten Ausgestaltung,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des Rückschlagventils nach 1 in einer ersten alternativen Ausgestaltung,
- 3 eine Vorderansicht des Rückschlagventils nach 1 in einer zweiten alternativen Ausgestaltung,
- 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV nach 3,
- 5 eine Vorderansicht des Rückschlagventils nach 1 in einer dritten alternativen Ausgestaltung,
- 6 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie VI-VI nach 5,
- 7 eine alternative Darstellung der Vorderansicht des Rückschlagventils nach 5,
- 8 eine Vorderansicht des Rückschlagventils nach 2 in einer weiteren alternativen Ausgestaltung und
- 9 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie IX-IX nach 8.
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Das Rückschlagventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2, in dem ein Strömungskanal 3 mit einer in einen Eingangsstutzen 4 mündenden Einlassöffnung 5 und einer in einen Ausgangsstutzen 6 mündenden Auslassöffnung 7 für ein Fluid ausgebildet ist. In dem Ventilgehäuse 2 ist im Bereich der Einlassöffnung 5 ein Ventilsitz 8 ausgebildet, der mit einem Ventilkörper 9 zu verschließen ist. Der vorliegend kugelförmige Ventilkörper 9 ist durch ein sich einerseits im Bereich der Auslassöffnung 7 und andererseits an dem Ventilkörper 9 abstützenden Federelement 10 in einer Schließstellung gehalten, in der der Ventilkörper 9 in dem Ventilsitz 8 abdichtend einliegt, um die Einlassöffnung 5 zu verschließen. In üblicherweise wird der Ventilkörper 9 bei Erreichen eines die Federkraft übersteigenden Fluiddrucks in dem Strömungskanal 3 verlagert und das Fluid kann das Rückschlagventil 1 durchströmen. Zur Verhinderung eines Rückflusses des Fluids verschließt der Ventilkörper 9 die Einlassöffnung 5 bei einem auf der Einlassseite anliegenden Fluiddruck unterhalb der durch das Federelement 10 aufgebrachten Kraft.
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Um in der geöffneten Stellung des Rückschlagventils 1 ein Schwingen und ein damit verbundenes Klappern, das durch einen unsteten Fluidstrom, insbesondere Gasstrom, verursacht wird, zu vermeiden, ist dem Ventilgehäuse 2 und dem Ventilkörper 9 mindestens ein Magnetelement 11 im Bereich des Strömungskanals 3 zugeordnet. Das mindestens eine Magnetelement 11 ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass das Magnetfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 9 und der Bereich des stärksten Magnetfeldes im Bereich der Öffnungsstellung ausgerichtet ist. Durch das erzeugte Magnetfeld werden auftretende Schwingungen des Ventilgkörpers 9 im geöffneten Zustand des Rückschlagventils 1 durch induzierte Wirbelströme gedämpft und unterbunden.
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Das Magnetelement 11 kann, wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, ringförmig ausgebildet, in Längsrichtung geschlitzt und außen an dem Ventilgehäuse 2 festgelegt sein.
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Bei dem Rückschlagventil nach den 2, 8 und 9 ist dem Magnetelement 11 eine axial angeordnete Spule 12 zugeordnet, mit der Spule sich Änderungen der Stellung des Ventilkörpers 9 im Strömungskanal 3 durch eine induzierte Spannung detektieren lassen.
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Nach den 3 bis 7 ist eine Halterung 13 mit gegenüberliegenden Kavitäten zur Aufnahme von zwei Magnetelementen 11 vorgesehen.
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Es ist möglich, zwei oder vier Kavitäten zur Aufnahme jeweils eines Magnetelementes 11 in die Halterung 13 einzulassen, wobei für den Fachmann ersichtlich ist, dass die gegenüberliegende bzw. kreuzförmige Ausrichtung der Magnetelemente 11 nicht zwingend erforderlich ist.
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Die Halterung 13 kann beispielsweise klemmend an einem Ventilgehäuse 2 eines Rückschlagventils 1 angeordnet werden. Gleichermaßen ist es möglich, in dem Ventilgehäuse 2 Durchbrüche oder Materialverjüngungen im Bereich des Strömungskanals 3 vorzusehen, um so den Einfluss des Materials des Ventilgehäuses 2 auf das Magnetfeld zu reduzieren.
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Die Halterung 13 nach den 8 und 9 dient zur Aufnahme einer axial verlaufenden Spule 12 und eines Magnetelementes 11, wobei das Magnetelement 11 in axialer Richtung innerhalb der Spule 12 auf einer Seite des Ventilgehäuses 2 angeordnet ist.
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Die Halterung 13 umfasst im Wesentlichen zwei aneinander anliegende Scheiben 14, wobei in einer oder in beiden Scheiben 14 die Kavitäten für die Magnetelemente 11 und/oder die Spule 12 vorgesehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Rückschlagventil
- 2.
- Ventilgehäuse
- 3.
- Strömungskanal
- 4.
- Eingangsstutzen
- 5.
- Einlassöffnung
- 6.
- Ausgangsstutzen
- 7.
- Auslassöffnung
- 8.
- Ventilsitz
- 9.
- Ventilkörper
- 10.
- Federelement
- 11.
- Magnetelement
- 12.
- Spule
- 13.
- Halterung
- 14.
- Scheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012003505 A1 [0003]
- DE 10327021 A1 [0003]
- DE 4021469 A1 [0003]
- DE 10224430 A1 [0003]
- DE 102007023659 A1 [0005]
