DE2159453A1 - Valve for a flow medium, in particular an electrically operated valve - Google Patents

Description

UNITED GAS INDUSTRIES LIMITED, 51 Lincoln*s Inn Fields,UNITED GAS INDUSTRIES LIMITED, 51 Lincoln * s Inn Fields,

London, W.C.2, EnglandLondon, W.C. 2, England

Ventil für ein Strömungsmedium, insbesondere elektrisch betätigtes Ventil.Valve for a flow medium, in particular an electrically operated one Valve.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Strömungsmedien und ist besonders, aber nicht ausschließlich auf ein elektrisch betätigbares Ventil anwendbar.The invention relates to a valve for flow media and is particularly, but not exclusively, an electrical one actuatable valve applicable.

Die bekannten Ventile enthalten einen Einlaß, welcher einen Druckmittelstrahl in eine Kammer richtet, und ein Ventilglied, welches in der Strömungsrichtung in die und aus der geschlossenen Stellung beweglich ist, in welcher es den Einlaß und einen Auslaß von der Kammer abdichtet.The known valves contain an inlet, which is a A pressure medium jet is directed into a chamber, and a valve member, which in the flow direction in and out of the closed Is movable in position in which it seals the inlet and an outlet from the chamber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung herabzusetzen, die erforderlich ist, um das Ventilglied entgegen demThe invention is based on the object of reducing the performance, which is required to counteract the valve member

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ü/p 7261 -2- 29. Nov. 71 B/Weü / p 7261 -2- 29 Nov. 71 B / We

zu bewegen und festzuhaltento move and hold on

Druckmittelstrahl dadurch herabzusetzen, daß ein im wesentlichen ringförmiger Einlaß vorgesehen wird.Reduce pressure medium jet that a substantially annular inlet is provided.

Der Einlaß hat vorzugsweise die Form eines Kreises oder einer anderen geschlossenen Windung und kann durch einen im wesentlichen fortlaufenden Schlitz oder durch eine Reihe von kleinen Öffnungen gebildet werden.The inlet is preferably in the form of a circle or other closed winding and can pass through a substantially continuous slot or a series of small openings.

Die Kammer kann so betrachtet werden, als habe sie einen inneren und einen äußeren Abschnitt, welche entsprechend innerhalb und außerhalb des Weges des röhrenförmigen Strahles liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen diese Abteilungen entweder untereinander oder getrennt mit zwei getrennten Auslassen von der Kammer in Verbindung. The chamber can be viewed as having an inner and an outer section which are respectively within and lie outside the path of the tubular beam. In a preferred embodiment of the invention, these departments are located communicating either with each other or separately with two separate outlets from the chamber.

Das Ventil weist vorzugsweise eine elektromechanische Vorrichtung, d.h. eine Magnetspule auf, welche das Ventilglied antreibt. Der Hub des Ventilgliedes, d.h. der Abstand, um den es sich aus der geschlossenen Stellung bewegen kann, kann durch Anschlagmittel begrenzt werden. Bei einer V entilausführungsform nach der Erfindung ist der Einlaß durch eine ringförmige Düse gebildet, welche ebenfalls als ein Sitz für das Ventilglied dient. Natürlich kann ein besonderer Ventilsitz vorgesehen werden, wenn es gewünscht wird. In dem Fall, wo das Ventilglied normalerweise in seiner geschlossenen Stellung bleiben soll, sind nachgiebige Mittel wie beispielsweise eine Feder so angeordnet, daß das Ventilglied in diese Stellung gedrückt wird.The valve preferably has an electromechanical device, i.e. a solenoid which drives the valve member. The stroke of the valve member, i.e. the distance it takes from the can move closed position, can be limited by sling. In a valve embodiment according to the invention the inlet is formed by an annular nozzle, which also serves as a seat for the valve member. Of course, a special valve seat can be provided if there is it is asked for. In the case where the valve member should normally remain in its closed position, they are compliant Means such as a spring arranged so that the valve member is urged into this position.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.The invention is shown in the drawing, for example.

Figuren 1 und 2 sind schematische Querschnitte durch ein herkömmliches Ventil, welches nur zu Vergleichszwecken dargestellt ist.Figures 1 and 2 are schematic cross-sections through a conventional one Valve, which is shown for comparison purposes only.

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U/p 7261 -3- 29« iflov. 71 B/We'^9453U / p 7261-3-29 "iflov. 71 B / We '^ 9453

Figur 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teiles eines Ventiles nach der Erfindung mit annähernd dem gleichen Widerstand gegenüber dem DruckmitteIfluß wie das Ventil nach Figur 1 und 2.Figure 3 is a schematic cross-sectional representation of part of a valve according to the invention with approximately the same resistance to the pressure medium flow like the valve according to FIGS. 1 and 2.

Figur 4 ist ein axialer Querschnitt durch ein Ventil, welches im Prinzip dem nach Figur 3 ähnlich ist.FIG. 4 is an axial cross-section through a valve which is similar in principle to that of FIG.

Bei allen Figuren sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen · gekennzeichnet.In all figures, the same parts are given the same reference symbols marked.

Das herkömmliche, in Figur 1 dargestellte Ventil enthält: * The conventional valve shown in Figure 1 contains: *

Ein Weicheisenjoch 1, eine Magnetspule 2, ein Ventilglied in der Form eines Weicheisenankers 3, und eine Feder 4, welche den Anker in eine geschlossene Stellung, in Figur 1 nach rechts, drückt, in welcher die Polflächen 5 und 6 auseinandergehalten werden und eine Abdichtungsfläche 7 des Ankers 3 eine Einlaßöffnung 8 zu der Kammer 9 abdichtet. Wenn die Magnetspule 2 erregt wird, bewegt sich der Anker 3 nach links, bis sich die Polflächen 5 und 6 berühren. Dadurch wird die Fläche 7 des Ankers von der einen Öffnung 8 wegbewegt und ein Strömungsfluß in die Kammer 9 ermöglicht. Beim Abschalten des Stromes zu der Spule hö-ren das Joch 1 und der Anker 3 auf, magnetisch zu sein, und die Feder 4 bewegt den Anker zurück in die in Figur 1 dargestellte Stellung. ([A soft iron yoke 1, a solenoid 2, a valve member in the shape of a soft iron armature 3, and a spring 4, which the armature in a closed position, in Figure 1 to the right, presses, in which the pole faces 5 and 6 are kept apart and a sealing surface 7 of the armature 3 has an inlet opening 8 to the chamber 9 seals. When the solenoid 2 is energized, the armature 3 moves to the left until the Touch pole faces 5 and 6. As a result, the surface 7 of the armature is moved away from the one opening 8 and a flow flow into the Chamber 9 allows. When the current to the coil is switched off, the yoke 1 and the armature 3 cease to be magnetic, and the spring 4 moves the armature back into the position shown in FIG. ([

Figur 2 zeigt die Abdichtungsfläche 7 und die Einlaßöffnung 8 in größerem Maßstab. Um eine unnötige Beschränkung des Flusses durch das Ventil zu vermeiden, muß der Hub L (d.h. der maximale Abstand der Fläche 7 und der Einlaßöffnung 8) ausreichend sein, um eine Umfangs- oder Ausfluß fläche /^DL mindestens gleich der Fläche 1/4^D der Einlaßöffnung vorzusehen, so daßsFIG. 2 shows the sealing surface 7 and the inlet opening 8 on a larger scale. In order to avoid unnecessarily restricting the flow through the valve, the stroke L (i.e. the maximum Distance between the surface 7 and the inlet opening 8) be sufficient to a circumferential or outflow surface / ^ DL at least equal to the Area 1/4 ^ D of the inlet opening to be provided, so thats

1/4 T D² = T DL
und damit 1/4 D=L I ist.1/4 T D ² = T DL
and therefore 1/4 D = LI.

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U/p 7261 -4·^ 29. Nov. 71 B/WeU / p 7261 -4 · ^ 29 Nov. 71 B / We

Somit steht der Ventilhub in einer besonderen Beziehung zu dem Durchmesser der Einlaßöffnung. Zu einer ersten Annäherung steht die durch die Magnetspule beim Öffnen des Ventiles geleistete Arbeit in einem proportionalen Verhältnis zu dem Strömungsmitteldruck an der Fläche 7 multipliziert mit der Einlaßöffnungs-The valve lift therefore has a special relationship the diameter of the inlet opening. A first approximation is the one made by the solenoid when the valve is opened Work in a proportional ratio to the fluid pressure at surface 7 times the inlet port

fläche 1/4 TTD , multipliziert durch den'Hub L. Irgend etwas, was diese Größen verändert, reduziert ebenfalls (a) die durch die Magnetspule geleistete Arbeit, (b) die Wattleistung, (c) das Spulengewicht und (d) den Stromverbrauch.area 1/4 TTD, multiplied by the 'hub L. Anything, what changes these quantities also reduces (a) the work done by the solenoid, (b) the wattage, (c) the spool weight; and (d) the power consumption.

Figur 3 zeigt ein einfaches, nach der Erfindung hergestelltes Ventil und ist mit einer Einlaßöffnung von der gleichen Fläche wie die des in Figur 1 dargestellten Ventiles versehen. Im Betrieb richtet eine ringförmige, schlitzförmige Einlaßöffnung 10 einen röhrenförmigen Strahl 11 des Druckmittels in die Kammer 9 und unterteilt dadurch die Kammer in einen inneren Abschnitt 12 und einen äußeren Abschnitt 13. Diese beiden Abschnitte stehen miteinander durch Öffnungen 14 in dem Anker und der äußere Abschnitt mit einem Auslaß 15 in Verbindung. Die ringförmige Einlaßöffnung lO hat einen Außendurchmesser Do und einen Inriendurchmesser Di. Da die Fläche der Einlaßöffnung die gleiche wie die nach Figur ist, ist:Figure 3 shows a simple one produced according to the invention Valve and is provided with an inlet port of the same area as that of the valve shown in FIG. Operational an annular, slot-shaped inlet opening 10 directs a tubular jet 11 of the pressure medium into the chamber 9 and thereby divides the chamber into an inner section 12 and an outer section 13. These two sections stand together through openings 14 in the armature and the outer section communicates with an outlet 15. The annular inlet port 10 has an outer diameter Do and an inner diameter Di. Since the area of the inlet opening is the same as that of FIG is is:

² - Di²) = 1/4 TD² _ II· ² - Di ² ) = 1/4 TD ² _ II

Da bei dem herkömmlichen Venil die Ausflußfläche wiederum gleich der Fläche der Einlaßöffnung sein muß, ist aber der Hub L₂., der notwendig ist, um dieses Verhältnis in dem Ventil nach Figur 3 zu erreichen, erheblich kleiner als der Hub L des herkömmlichen Ventiles. Dies ergibt sich teilweise daraus, weil zwei Ausflüsse in den inneren Abschnitt 12 und in den äußeren Abschnitt 13 vorhanden sind, und auch daraus, weil die Durchmesser Di und Do beide größer als die Durchmesser D derSince in the conventional valve the outflow area must again be equal to the area of the inlet opening, the stroke L ₂ , which is necessary to achieve this ratio in the valve according to FIG. 3, is considerably smaller than the stroke L of the conventional valve. This is partly because there are two outflows into the inner section 12 and into the outer section 13, and also because the diameters Di and Do are both larger than the diameters D of

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Einlaßöffnung 8 des herkömmlichen Ventilen sind. Die Bedingung, daß die Ausflußfläche der Einflußfläche für das Ventil nach Figur 3 gleich ist, ist folgende:Inlet port 8 of the conventional valve. The condition, that the outflow area of the influence area for the valve according to Figure 3 is the same is the following:

1/4 T (Do² - Di²) = ^DoL₂. +^DiL₇, = Th_n (Do + Di) Daher folgt aus Gleichung II:1/4 T (Thu ² - Tue ² ) = ^ DoL ₂ . + ^ DiL ₇ , = Th _n (Do + Di) Therefore it follows from equation II:

L₇. = 1/4 D²/ (Co + Di)
Somit folgt aus Gleichung I:L ₇ . = 1/4 D ² / (Co + Di)
It follows from equation I:

L/L_A = (Do + Di)/D,L / L _A = (Thu + Tue) / D,

so daß (Do + Di) D, L, immer kleiner als L sein muß. Daraus folgt somit wiederum für eine erste Annäherung, daß die Stromleistung der Magnetspule, welche die Ventile nach den Figuren 1 und 3 steuern muß, in dem Verhältnis steht:so that (Do + Di) D, L, must always be smaller than L. From it thus it follows again, for a first approximation, that the current output of the solenoid, which the valves according to the figures 1 and 3 must control, the relationship is:

Watts (Fig. 1 Ventil)/Watts (Fig. 3 Ventil) = L/L_a.Watts (Fig. 1 valve) / Watts (Fig. 3 valve) = L / L _a .

Bei einer typischen Ausführungsform kann eine Kraft, welche ungefähr 60% erspart, erwartet werden. Figur 4 zeigt ein etwas mehr kompliziertes Ventil nach der Erfindung. Dieses ist dem Ventil nach Figur 3 sehr ähnlich und entsprechende Teile sind | durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Betriebsart des Ventiles nach Figur 4 ist klar und infolgedessen eine weitere Beschreibung nicht notwendig. Ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den Ventilen nach Figur 3 und Figur 4 besteht darin, daß bei dem letzteren der innere und äußere Abschnitt 12 und 13 der Kammer 9 miteinander durch eine Kammer 14 in einem Metallgehäuse des Ventiles anstatt durch Öffnungen in dem VentilgÜed in Verbindung steht.In a typical embodiment, a force, which about 60% saved can be expected. Figure 4 shows a somewhat more complicated valve according to the invention. This is that The valve according to FIG. 3 is very similar and corresponding parts are | denoted by the same reference numerals. The mode of operation of the valve according to FIG. 4 is clear and consequently a further one Description not necessary. A notable difference between the valves according to Figure 3 and Figure 4 is that that in the latter the inner and outer portions 12 and 13 of the chamber 9 are interconnected by a chamber 14 in a metal housing of the valve instead of through openings in the VentilgÜed is in communication.

Aus der Beschreibung ist zu entnehmen, daß durch die Erfindung ein Ventil geschaffen wird, welches eine kleine und leichte Magnetspule mit geringen Krafterfordernissen hat.From the description it can be seen that the invention creates a valve which is small and light Has solenoid with low force requirements.

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Claims (5)

U/p 7261 -6- 29.11.71 B/WeU / p 7261 -6- 29.11.71 B / We PatentansprücheClaims Ventil für ein Strömungsmedium, insbesondere elektrisch betätigtes Ventil, mit einer Kammer, welche einen Einlaß, einen Auslaß und ein Ventilglied aufweist, welches entlang dem Strömungsweg in die und aus der geschlossenen Stellung beweglich ist, in welcher es den Einlaß abdichtet,, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß so geformt ist, daß das Strömungsmedium beim Durchtritt in die Kammer in einem röhrenförmigen Strahl (11) gerichtet ist.Valve for a flow medium, in particular an electrically operated valve, having a chamber which has an inlet, an outlet and a valve member which is movable along the flow path into and out of the closed position in which it seals the inlet, characterized in that that the inlet is shaped so that the flow medium is directed in a tubular jet (11) as it passes into the chamber. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte innerhalb und außerhalb des röhrenförmigen Strahles (11) mit einem Auslaß (14) des Ventiles in Verbindung steht.2. Valve according to claim 1, characterized in that the sections communicates inside and outside the tubular jet (11) with an outlet (14) of the valve. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine elektromechanische Vorrichtung (2) zum Antrieb des Ventilgliedes (3) .3. Valve according to claim 1 or 2, characterized by an electromechanical device (2) for driving the valve member (3). 4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Ventilgliedes (3) durch Anschlagmittel (5) begrenzt ist.4. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that that the stroke of the valve member (3) is limited by stop means (5). 5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß von einer ringförmigen Düse (10) gebildet ist, welche auch als Sitz für das Ventilglied wirkt.5. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that that the inlet is formed by an annular nozzle (10), which also serves as a seat for the valve member works. 209827/0579209827/0579 • Leerseite• Blank page