DE2435256B2 - Servogesteuertes Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein servogesteuertes Ventil mit einem zwischen einem Einlaß und einem Auslaß angeordneten Ventilsitz, der durch ein erstes bewegliches Schließteil verschließbar ist, dessen dem Ventilsitz abgekehrte Seite eine Wand einer Steuerkammer bildet, die einerseits über eine Drosselöffnung mit dem Einlaß verbunden ist und andererseits über ein Pilotventil mit dem Auslaß verbindbar ist, wobei das Schließteil des Pilotventils koaxial an einem weichmagnetischen Magnetanker gehaltert, mittels eines elastischen Elements in Schließstellung vorgespannt und mittels eines in einer von der Steuerkammer durch eine Abschlußwand getrennten Magnetkammer koaxial zur Bewegungsrichtung des Schließteils des Piltotventils und in dieser Richtung über ein Druckmittel verschiebbaren Permanentmagneten entgegen der Wirkung des elasti

schen Elements vom Sitz des Pilotventils abhebbar ist

Ein derartiges Ventil ist aus dem DE-GM 19 34 400 bekannt Bei der einen Ausführungsform dieses bekannten Ventils ist der den Magnetanker und mithin das Pilotventil öffnende bzw. schließende Permanentmagnet in der Art eines mittels eines Drehknopfes einur.d ausschaltbaren Spannmagneten ausgebildet Dabei ist ein starker Permanentmagnet in einer Ausnehmung zwischen zwei Weicheisenjochen drehbar gelagert, so

iu daß diese Joche je nach Lage des Permanentmagneten diesen entweder gewissermaßen verlängern (Einschaltstellung) oder aber dessen Feld rückführen (Ausschaltstellung). Die Weicheisenjoche liegen auf einem magnetisierfähigen und magnetisch umpolbaren Zwischenglied auf, das je nach Stellung des Permanentmagneten dessen Feld in die Steuerkammer weiterleitet oder aber seinerseits einen Rückschlußpfad für die Weicheisenjoche bildet.
Dieser Ausführungsform haften mehrere Nachteile an. Erstens wirkt der Permanentmagnet nur auf Umwegen, nämlich über die Joche und über das Zwischenglied auf den kolbenförmigen Magnetanker. Demgemäß muß der Permanentmagnet immer über zwei Luftspalte auf den Anker einwirken, nämlich über einen zwischen dem Permanentmagnet und dem magnetischen Zwischenglied vorhandenen Luftspalt und einen zwischen diesem Zwischenglied und dem Anker gelegenen Luftspalt. In magnetischen Kreisen bildet jedoch jeder Luftspalt eine erhebliche Verlustquelle, so daß bei dem bekannten Ventil notwendigerweise ein sehr kräftiger und damit schwerer Permanentmagnet verwendet werden muß. Zweitens ist bei dem bekannten Ventil nur eine Betätigung an Ort und Stelle möglich, da eine Fernbetätigung aufgrund des erforder-

J5 liehen Verdrehens des Drehknopfes und der Bewegung des schweren Magneten mit erheblichem technischen Aufwand verbunden wäre, der normalerweise nicht in Kauf genommen werden kann.

Bei einer zweiten Ausführungsform des bekannten Ventils ist ein Permanentmagnetblock an dem einen Ende eines in die Magnetkammer eingreifenden, zweiarmigen Hebels befestigt Das andere Ende des Hebels ist als herausgeführter Handhebel ausgebildet. Auch hier ist es die weichmagnetische Zwischenplatte, die unmittelbar auf den Magnetanker wirkt, und zwar nach dem, ob der Magnetblock sich in ihrer Nähe oder nicht in ihrer Nähe befindet. Bei dieser Ausführungsform ist der magnetische Wirkungsgrad aufgrund der beiden Luftspalte, insbesondere des Luftspaltes zwisehen Permanentmagnet und Zwischenplatte, noch schlechter als bei der ersten Ausführungsform. Eine Fernbetätigung dieser Anordnung dürfte nur dann möglich sein, wenn eine erhebliche Betätigungsenergie zur Verfügung steht und man bereit ist, einen beträchtlichen Aufwand im Zusammenhang mit der unmittelbaren Betätigung des Schwenkmagneten über Hebelgetriebe oder Kabelzüge in Kauf zu nehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein servogesteuertes Ventil der eingangs definierten Gattung derart auszubilden, daß bei einfachem Aufbau exakte Umschaltvorgänge auch mit sehr geringer Betätigungsenergie gewährleistet werden können und das Vemtil somit besonders zur Fernbetätigung mit einem Mindestmaß an Fremdenergie geeignet ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuerkammer mittels einer nichtmagnetischen Abschlußwand von der Magnetkammer getrennt und der Permanentmagnet in an sich bekannter

Weise ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist.

Durch die Trennung der Steuerkammer von der Magnetkammer mittels einer nichtmagnetischen Wand werden die Luftspaltverluste minimiert, und es wird erreicht, daß der ring- oder scheibenförmig ausgebildete Permanentmagnet trotz geringer Baugröße ein schlagartiges Anziehen des von ihm nur durch einen einzigen Luftspalt getrennten Magnetankers bewirken kann. Dieses schlagartige Anziehen entspricht einer Schnappfunktion des Schließteils des Pilotventils, und gerade iü dieser Schnappeffekt ist bei derartigen Ventilen besonders vorteilhaft

Weiterhin wirkt sich der verlustarme Betätigungskreis im Zusammenhang mit einer Fernbetätigung besonders günstig aus, weil bereits ein geringer Druckstoß ausreicht, um den ring- oder scheibenförmigen Permanentmagneten so weit zu verschieben, daß ein Anziehen des Magnetankers und damit eine Betätigung des Pilotventils erfolgt Das servogesteuerte Ventil nach der Erfindung eignet sich demgemäß besonders gut zur Betätigung mitteis schwacher pneumatischer Impulse.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Permanentmagnet eine gerade Anzahl, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisierte Sektoren auf. Derartige Permanentmagneten sind bekannt. Ihr Einsatz erbringt in dem servogesteuerten Ventil nach der Erfindung besondere Vorteile, da bei ihrer Verwendung die Konzentration der Magnetfeldlinien im Bereich der Mitte des Ankers )o vermieden werden und demgemäß der Magnetanker entsprechend dünn bemessen werden kann, so daß er unter der Wirkung des Permanentmagneten sehr schnell seine Sättigung erreicht, was eine Optimierung des Ansprechverhaltens zur Folge hat. r>

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Permanentmagnet auf seiner dem Magnetanker abgekehrten Seite an einer umfangsseitig über den Permanentmagneten mit einem Randflansch abstehenden Rück- w schlußplatte befestigt ist, deren Randflansch mit einer in der Magnetkammer ausgebildeten Schulter ein die andere Endlage der Permanentmagneten definierendes, ein Aufschlagen des Permanentmagneten auf die nichtmagnetische Abschlußwand verhinderndes Anschlagpaar bildet.

Zweckmäßigerweise wirkt das Druckmittel auf eine Membran, an der mittig der Permanentmagnet mit der Rückschlußplatte druckknopfartig befestigt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform, die besonders für kleine Durchflußquerschnitte geeignet ist, η

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform für mittlere Durchflußquerschnitte und

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform für praktisch beliebig große Durchflußquerschnitte.

Das in F i g. 1 dargestellte Ventil 10 besitzt ein aus t>n drei Teilen 12, 13 und 14 aufgebautes Gehäuse 11. Die drei Gehäuseteile 12 bis 14 sind durch geeignete Mittel, z.B. Spannbolzen, fest aufeinander montiert Der Gehäuseteil 14 weist einem zum Anschluß einer Rohrleitung geeigneten Einlaß 15 sowie einen ebenfalls ir. zum Anschluß einer Rohrleitung geeigneten Auslaß 16 auf. Zwischen dem Einlaß IS und dem Außlaß 16 ist ein ringförmiger Ventilsitz 17 vorhanden, der von einer ringförmigen Einströmkammer 18 umgeben ist, die direkt mit dem Einlaß 15 kommuniziert Andererseits umgibt der Ventilsitz einen abgewinkelten Durchlaß 19, der in den Auslaß 16 ausmündet

In einer in der Stoßfläche 20 zwischen dem Gehäuseteil 13 und dem Gehäuseteil 14 ausgebildeten kreisförmigen Nut 21 ist der als Wulst 22 ausgebildete und mithin als Dichtung wirkende Umfangsrand einer Membran 23 fest eingespannt Der mittlere Bereich dieser Membran 23 ist verdickt und wirkt somit als Schließteil, der mit dem Ventilsitz 17 zusammenwirkt Die dem Ventilsitz 17 abgekehrte Seite der Membran 23 bildet zusammen mit einer im Gehäuseteil 13 vorhandenen Ausdrehung 25 eine Steuerkammer 24. Diese Steuerkammer ist einerseits über eine in der Membran ausgebildete kleine Drosselöffnung 26 mit dem Einlaß 15 des Ventils verbunden. Im weiteren ist im zentralen Bereich der Membran 23 eine durchgehende, sogenannte Pilotöffnung 27 vorhanden, deren eines Ende direkt in den Durchlaß 19 mündet während deren anderes Ende in der in F i g. 1 dargestellten Stellung des Ventils durch ein Schließteil 28 verschlossen ist. Das Schließtei) 28 besitzt etwa die Form eines Nietes, der in einem tellerförmigen Magnetanker aus weichmagnetischem Material befestigt ist Der Außendurchmesser des Magnetankers 29 entspricht beinahe dem Innendurchmesser der Ausdrehung 25, mithin der Steuerkammer 24. Auf dem Boden einer im Magnetanker 29 ausgebildeten Delle 30 ist das eine Ende einer als elastisches Element wirkenden Druckfeder 31 abgestützt deren anderes Ende auf der der Membran 23 gegenüberliegenden Abschlußwand 32 der Steuerkammer 24 abgestützt ist.

Diese Abschlußwand 32 besteht aus nichtm;agnetischem Material und bildet zugleich den Boden einer weiteren, im Gehäuseteil 13 ausgebildeten Magnetkammer 33. Die Magnetkammer 33, die über eine Entlüftungsöffnung 34 mit der Umgebung verbunden ist, ist durch eine weitere Membran 35 abgeschlossen, deren wiederum als Wulst 36 ausgebildeter Umfangsrand in einer an der Oberkante des Gehäuseteils 13 ausgebildeten, kreisförmigen Nut 37 angeordnet und durch die darauf passende Stoßfläche 38 des Gehäuseteils 12 festgeklemmt ist. In ihrem mittleren Bereich ist die Membran 35 wiederum verdickt und trägt in ihrer Mitte einen angeformten Knopf 39. Dieser Knopf 39 greift durch die zentrale Bohrung 40 einer napfförmigen Rückschlußplatte 41, die mithin durch den Knopf 39 formschlüssig mit der Membran 35 verbunden ist In der öffnung der Rückschlußplatte 41 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 42 befestigt, z. B. verklebt, der in Axialrichtung magnetisiert ist Wie die Buchstaben N und S in den F i g. 2 und 3 zu erkennen geben, ist jedoch diese axiale Magnetisierung des ringförmigen Permanentmagneten 42 im Umfangsinne nicht überall gleichgerichtet. Vielmehr weist der ringförmige Permanentmagnet 42, magnetisch gesehen, eine gerade Anzahl Ringsektoren auf, wobei die Magnetisierungsrichtung des einen Sektors zwar nach wie vor axial, aber entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung des benachbarten Sektors verläuft.

In der öffnung des ringförmigen Permanentmagneten 42 ist eine Druckfeder 47 angeordnet die mit ihrem einen Ende auf der Abschlußwand 32 abgestützt ist, und mit ihrem anderen Ende die Rückschlußplatte 41 und damit die Membran 35 und den Permanentmagneten 42 gegen den Gehäuseteil 11 hin drängt.

Dieser Gehäuseteil 11 begrenzt zusammen mit der

dem Permanentmagneten 42 abgekehrten Seite der Membran 35 eine weitere Magnetkammer 33', die über einen am Gehäuseteil 11 angeformten Anschlußstutzen 43 mit einer Daickleitung 44 verbunden ist, die ihrerseits in der Kammer eines pneumatischen Tasters 45 mit Membranblase 46 endet.

Die Wirkungsweise des in F i g. 1 in geschlossener Stellung dargestellten Ventils 10 ist folgende: Wird die Membranblase 46 des Tasters 45 gedrückt, entsteht in der Druckleitung 44 und damit in der Magnetkammer 33' ein Druckstoß, der auf die gesamte Fläche der Membran 35 wirkt. Dadurch wird diese und mit ihr die Rückschlußplatte 41 sowie der Permanentmagnet 42 entgegen der Wirkung der Druckfeder 47 zur Abschlußwand 32 hin gedrängt. Dadurch erhöht sich die im Bereich des Magnetankers 29 wirksame magnetische Feldstärke beträchtlich, so daß der Magnetanker 29 unter Überwindung der von der Feder 31 ausgehenden Kraft in Richtung auf die Abschlußwand 32 hin angezogen wird. In dieser Stellung bleibt der Magnetanker, solange der Permanentmagnet ebenfalls an der Abschlußwand 32 anliegt, d. h. solange das Druckgefälle zwischen der Magnetkammer 33' und der Magnetkammer 33 zusammen mit der gegenseitigen Anziehungskraft Permanentmagnet 42 — Magnetanker 29 die Kraft der Feder überwindet. Bei abgehobenem Magnetanker 29 ist auch der Schließteil 28 der Pilotöffnung 27 abgehoben, d. h. über die Pilotöffnung 27 steht die Steuerkammer 24 mit dem Auslaß in direkter Verbindung. Dadurch fällt der Druck in der Steuerkammer 24, der bis dahin wegen der Drosselstelle 26 dem Druck am Einlaß 15 entsprach, plötzlich ab, der Druck in der Einströmkammer 18 überwiegt damit den Druck in der Steuerkammer 24, und die Membran 23 wird vom Ventilsitz 17 abgehoben. Damit ist das Ventil offen und bleibt offen, solange der Druck der Feder 31 nicht auf die Membran 23 wirksam wird, d.h. solange der Magnetanker 29 angezogen bleibt. Es ist zu beachten, daß bei offenem Ventil das Druckgefälle zwischen dem Einlaß 15 bzw. der Einströmkammer 18 und dem Durchlaß 19 bzw. dem Auslaß 16 sehr gering ist. Dies hat zur Folge, daß selbst bei angehobenem Magnetanker 29 und angehobener Membran 23, d. h. bei wieder verschlossener Pilotöffnung 27, der von der Steuerkammer 24 auf die Rückseite der Membran 23 ausgeübte Druck nicht ausreicht, diese wieder in Schließstellung zu bewegen. Allenfalls können Druckstöße, soweit sie von der Drosselstelle 26 durchgelassen werden, ein kurzzeitiges und geringes Abheben der Membran vom Schließteil bewirken, was aber wieder zu einem sofortigen Druckausgleich führt.

Aus dem Gesagten ergibt sich, daß das dargestellte, indirekt gesteuerte Ventil keinerlei Energiequelle für den Steuerkreis bedarf, wenn man vom Druck auf den pneumatischen Taster 45 absieht. Außerdem wirkt die vom Permanentmagneten 42 ausgehende magnetische Feldstärke hauptsächlich auf die periphere, kreisringförmige Fläche des Magneiankers 29, und in diesem verlaufen die magnetischen Feldlinien praktisch als zum Umfang des Magnetankers 29 konzentrische Kreisbogen. Dadurch ergibt sich nicht nur eine durch magnetische Kräfte verursachte Bewegung, sondern auch gewissermaßen eine magnetische Führung des Magnetankers 29.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Bestandteile, die ihr funktionell entsprechendes Gegenstück in der Ausführungsform der F i g. 1 haben, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so daß sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränken kann.

Da, wie bereits erwähnt, die Ausführungsform der F i g. 2 für größere Durchflußquerschnitte bemessen ist, ist auch der Durchmesser des Ventilsitzes 17 größer als bei der Ausführungsform der F i g. 1. Dementsprechend ist der mittlere Bereich der Membran 23 auf eine Versteifungsplatte aufgestülpt, die den mittleren Bereich der Membran 23 versteift. Die Versteifungsplatte

to 48 weist etwa denselben Außendurchmesser wie der Magnetanker 29 auf, d. h. sie ist mit geringem Spiel in der Steuerkammer 24 auf und ab verschiebbar. Die Pilotöffnung 27 in der Membran 23 ist durch einen Durchlaß 49 fortgesetzt, der in einer kleinen Erhebung

ίο 50 in der Versteifungsplatte endet. Diese Erhebung 50 bildet auch den Sitz für das Schließteil 28, das wie bisher wie ein Niet eine zentrale Bohrung im Magnetanker 29 durchgreift. Bei dieser Ausführungsform ist der Magnetanker 29 flach ausgeführt, dagegen besitzt die Abschlußwand 32 eine Delle 51, die einerseits zur Aufnahme der Druckfeder 31 und andererseits zur Führung der Druckfeder 47 dient. An der die zwei Magnetkammern 33 und 33' voneinander trennenden Membran 35 ist die wiederum napfförmig jedoch mit einem abstehenden Randflansch 52 ausgebildete Rückschlußplatte 41 mittels eines Stiftes 53 in einer zentralen, nabenartigen Verdickung der Membran 35 befestigt

Beim Beaufschlagen der Oberseite der Membran 35 mit einem Druckimpuls spielen sich dieselben Vorgänge

jo ab, wie anhand der Fig. 1 beschrieben, mit dem Unterschied, daß der ringförmige Permanentmagnet 42 nicht zur unmittelbaren Auflage auf die Abschlußwand 32 gelangt. Vielmehr ist es der Randflansch 52 der Rückschlußplatte 41, der zum Aufliegen auf eine in der

Magnetkammer 33 ausgebildeten Schulter 54 gelangt

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind wiederum die sich funktionell entsprechenden Bestandteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in den F i g. 1 und 2. Der wesentliche Unterschied besteht bei dieser Ausführungsform darin, daß die Drosselstelle (öffnung 26 in den F i g. 1 und 2) sowie die Pilotöffnung 27,49 nicht in der Membran 23 selbst ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerkammer in zwei Abteile 24' und 24" ausgebildet, wobei das Abteil 24' im Gehäuseteil 14 angeordnet ist und das Abteil 24" im wesentlichen im Gehäuseteil 13. Diese beiden Abteile sind miteinander durch einen durch das Gehäuseteil 14 und durch ein Zwischenteil 55 zwischen dem Gehäuseteil 13 und 14 durchgehende Durchlaß 56,57 verbunden Vom Durchlaß 56 zweigt eine sich erweiternde Bohrung 58 ab, die mit einem Stopfen 59 verschlossen ist. Der Stopfen 59 trägt einen Einsatz, der einen von einet Filterhülse 60 umgebenen Kern 61 aufweist Im Kern 61 ist ein Durchlaß 62 vorhanden, von dem die bezüglich

5^r> ihres Durchlaßvermögens mittels einer Stellschraube 63 regulierbare Drosselbohrung 26 ausgeht. Diese Drosselbohrung 26 mündet in das Ende der genannten Bohrung 58, die vom Durchlaß 56 ausgeht Von der Seite dei Bohrung 58 dagegen geht ein direkt in den Einlaß IS

wi führender Durchlaß 64.

Die Pilotöffnung 27, 49 ist, wie in F i g. 3 dargestellt im Zwischenteil 55 ausgebildet und führt in einer weiteren Durchlaß 65, der oberhalb des Abteils 24 hinweg und direkt in den Auslaß 16 mündet.

»s Die bei dieser Ausführungsform undurchlässige Membran 23 ist durch eine schwache Druckfeder 66, die auf einem in der Mitte der Membran 23 festgeschraubten Teller 67 abgestützt ist, auf den Ventilsitz Yl

vorgespannt. Die Druckfeder 66 ist deswegen notwendig, weil die auf den Anker 29 wirkende Druckfeder 31 infolge des Zwischenteils 55 nicht auch auf die Membran 23 wirken kann.

Der übrige Aufbau der Ausführungsform der F i g. 3 ist weitgehend zu jenem der Ausführungsform 2

identisch. Namentlich sind sämtliche in den Gehäuseteilen 12 und 13 vorhandenen Bestandteile gleich bemessen und gleicher Art wie die entsprechenden Bestandteile bei der Ausführungsform der F i g. 2, so daß sich deren Beschreibung an dieser Stelle erübrigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Servogesteuertes Ventil mit einem zwischen einem Einlaß und einem Auslaß angeordneten Ventilsitz, der durch ein erstes bewegliches Schließteil verschließbar ist, dessen dem Ventilsitz abgekehrte Seite eine Wand einer Steuerkammer bildet, die einerseits über eine Drosselöffnung mit dem Einlaß verbunden ist und andererseits über ein Pilotventil mit dem Auslaß verbindbar ist, wobei das Schließteil des Pilotventils koaxial an einem weichmagnetischen Magnetanker gehaltert, mittels eines elastischen Elements in Schließstellung vorgespannt und mittels eines in einer von der Steuerkammer durch eine Abschlußwand getrennten Magnetkammer koaxial zur Bewegungsrichtung des Schließteils des Pilotventils und in dieser Richtung über ein Druckmittel verschiebbaren Permanentmagneten entgegen der Wirkung des elastischen Element vom Sitz des Pilotventils abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (24) mittels einer nichtmagnetischen Abschlußwand (32) von der Magnetkammer (33, 33') getrennt und der Permanentmagnet (42) in an sich bekannter Weise ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (42) eine gerade Anzahl, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisierte Sektoren (N, S) aufweist.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (42) auf seiner dem Magnetanker (29) abgekehrten Seie an einer umfangsseitig über den Permanentmagneten (42) mit einem Randflansch (52) abstehenden Rückschlußplatte (41) befestigt ist, deren Randflansch (52) mit einer in der Magnetkammer (33, 33') ausgebildeten Schulter (54) ein die andere Endlage des Permentmagneten (42) definierendes, ein Aufschlagen des Permanentmagneten (42) auf die nichtmagnetische Abschlußwand (32) verhinderndes Anschlagpaar bildet.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel auf eine Membran (35) wirkt, an der mittig der Permanentmagnet (42) mit der Rückschlußplatte (41) druckknopfartig (39, 40) befestigt ist.