DE3014692C2 - Magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil - Google Patents
Magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses HochdruckventilInfo
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Description
der innere und der äußere, jeweils axial unverschieblich
gelagerte Dauermagnetkupplungsteil (21) besteht aus Dauermagneten (22, 22Λ,
23, 23/»} aus Seltene Erden- und Cobalt-Magnetwerkstoff.
mit jeweils gleicher gerader PoI-zah! in Umfangsrichtung,
die gegen Drehung gesicherte, axial geführte Ventilspindel (51) greift mit ihrem Gewindabschnitt (53) in eine zentrale Innengewinde-Bohrung (36) des inneren Dauermagnctkupplungsteils (30) ein,
die gegen Drehung gesicherte, axial geführte Ventilspindel (51) greift mit ihrem Gewindabschnitt (53) in eine zentrale Innengewinde-Bohrung (36) des inneren Dauermagnctkupplungsteils (30) ein,
das Ventil ist mit einer Notbetätigungsvorrichtung ausgerüstet in Form von am dem Ventilsitz
(2) entgegengesetzten Ende des Schutzgehäuses (15) vorgesehenen, relativ zueinander beweglichen,
gleichachsigen Innen- und Außenstopfen 174, 71), vfcn dentil der Außenstopfen
(71) mit dem Schutzgehäuse (15) verschraubt ist, zwischen Innen- und Außent apfen (74,71) eine
Druckdichtung vorgesehen ist und der Innenstopfen (74) Hilfsmittel zum Eingriff und axialen
Verstellen der Ventilspindel (51 ;55) trägt.
Die Erfindung betrifft ein magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil, dessen das Ventilstück
axial verstellende, mit einem Gewindeabschnitt versehene Ventilspindel mit einem innerhalb eines
Schutzgehäuses bzw. Spaltrohrs angeordneten inneren Dauermagnetkupplungsteil verbunden ist. das mittels
eines außerhalb des Schutzgehäuses von Hand verdrehbaren äußeren Dauermagnetkupplungsteils verdrehbar
ist.
Stopfbüchslose Dauermagnetantriebe, bei denen das innere und äußere Dauermagnetkupplungsteil durch ein
Schutzgehäuse oder Spaltrohr voneinander getrennt sind, werden an Autoklaven eingesetzt (US-PS
41 06 825). Zur Übertragung möglichst großer Kräfte sind die Dauermagnete als Seltene Erden-Kobalt-Magnete
ausgebildet. Stopfbüchslose Ventile mit einer Dauermagnetkupplung, die jedoch nicht speziell für
Hochdruckanwendungen ausgelegt sind, sind aus der US-PS 22 89 574 und der DE-OS 12 63 430 bekannt.
Ein Vorteil magnetisch betätigter Ventile besteht im Wegfall der Stopfbüchse. In der Vergangenheil waren
magnetisch betätigte Ventile, wenn sie überhaupt verwendet wurden, auf Anwendungsfälle mil vci hiilinismii-Liig
niedrigen Drücken beschränkt. Der llauplgriiiKl bestand
darin, daß ausreichend starke Dauermagnete, die in der Luge gewesen waren, magnetische Ventile durch
die für hohe Drücke erforderlichen dicken Spallwändc hindurch/.ubetätigen. nicht zur Verfugung standen. In
neuerer Zeit erhältliche Dauermagnete, insbesondere. Seltene Erden-Kobalt-Magnete, eröffnen jedoch die
Möglichkeit, auch durch dickere Spaltwände eine Verstellung vorzunehmen (US-PS41 06 825).
Bei dem eingangs erwähnten bekannten Ventil (DI--AS 12 63 430) besteht die Dauermagnetkupplung bzw. -antrieb aus einem inneren und einem äußeren T>aucrmagnetkupplungsteil, das jeweils drei auf der Innenbzw, der Außenwand des Schutzgehäuses bzw. Spaltrohres abrollenden Dauermagneten hat. Die in Wechselwirkung tretenden inneren und äußeren Magneten haben daher im Querschnitt Kreisform. Sie kommen einander daher lediglich im Bereich der Linienberührung mit dem Spaltrohr nahe, während sie zu beiden
Bei dem eingangs erwähnten bekannten Ventil (DI--AS 12 63 430) besteht die Dauermagnetkupplung bzw. -antrieb aus einem inneren und einem äußeren T>aucrmagnetkupplungsteil, das jeweils drei auf der Innenbzw, der Außenwand des Schutzgehäuses bzw. Spaltrohres abrollenden Dauermagneten hat. Die in Wechselwirkung tretenden inneren und äußeren Magneten haben daher im Querschnitt Kreisform. Sie kommen einander daher lediglich im Bereich der Linienberührung mit dem Spaltrohr nahe, während sie zu beiden
!5 Seiten dieses Berühningsbereichs schnell größeren Abstand
haben, so daß die übertragbare Magnetkraft, auch bei Verwendung sehr starker Magnete, vergleichsweise
gering ist. Der durch die Abrollbewegung erzielbare Vorteil der Minimierung der Schwächung des Magnetflusses
geht so zum Teil verloren. Darüber hinaus läßt sich nur eine bestimmte Anzahl von Magneten in Umfangsrichiung
nebeneinander vorsehen. All dies führt dazu, daß die übertragbare Magnetkraft begrenzt ist.
Deshalb eignet sich diese Konstruktion der Dauermagnetkupplung nicht fC; Hochdruckventile. Ist das innere
Dauermagnetkupplungsteil mit der Ventilspindel in Axialrichtung fest verbunden, verändert es seine axiale
Lage gegenüber dem äußeren Dauermagnetkuppiungsteil während des öfrnens und Schließens, mit der Folge,
daß die Kupplungskraft mit zunehmender öffnung des Ventils kleiner wird. Nur wenn beide Kupplungsteile
sich axial gegeneinander nicht verstellen, bleibt die Kupplungskraft gleich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil
zu schaffen, das selbst bei Drücken über etwa i400 N/cm2, insbesondere bei Drucken über etwa
7000 N/cm2 druckdicht ist und sich gegen einen gleichhohen Dichtungsdruck öffnen läßt. Darüber hinaus soll
das Ventil auch bei Ausfall der Dauermagnetkupplung oder wenn zusätzliche Kräfte erforderlich sind, von
Hand betätigbar sein.
Ein diese Aufgabe lösendes Hochdruckventil ist im Patentanspruch gekennzeichnet.
Die das treibende äußere Dauermagnetkupplungsteil und das getriebene innere Dauermagnetkupplungsteil
der Magnetkupplung bildenden Magnete weisen die gleiche gerade Anzahl magnetischer Pole in gleichem
Winkelabstand auf. Die Magnete sind bevorzugt Samarium-Kobalt-Magnete.
Durch die getroffene Wahl der Magnete und deren Anordnung lassen sich die für Hochdruckventile erforderlichen Stellkräfte übertragen.
Die axiale und radiale Zuordnung der Dauermagnetkupplungsteile bleibt während der Verstellung unverändert,
weil die Ventilspindel gegen Drehung gesichert und nur axial geführt ist. Eine derartige Führung
der Ventilspindel ist an sich bekannt (DE-PS 8 58 183, DE-OS 20 38 865). Durch die mit dem dem Ventilsitz
entgegengesetzten Ende der Ventilspindel zusammenwirkende spezielle Notbetätigungsvorrichtung in Form
einer überholbaren Kupplung kann die Ventilspindel auch bei Versagen der Magnetkupplung oder bei unzureichender
Kraftübertragung betätigt werden. Die iioriiuile
iniiKiiuiischv HcliUinuii); des Ventils winl hii-r-
hl durch nicht behindert. Die Nolbeiatigungsvorrichtung
läßt sich so auslegen, daß die Ventilspindel nur in einer Richtung durch sie verstellbar ist. Sie wäre dann normalerweise
so ausgelegt, daß sie clic Ventilspindel aus ihrer
^ormalstellung herausbewegt
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist anhand einer
Zeichnung näher erläutert, die einen Vertikalschnitt durch das Ventil, die Dauermagnetkupplung und die
Notbetätigungsvorrichtung zeigt
Das dargestellte Hochdruckventilgehäuse 1 hat eine durchgehende axiale Bohrung und eine Einlaß-Qucrbohrung.
Der gemäß der Figur untere Teil der Axialbohrung
bildet eine Auslaßbohrung 3, während im entgegengesetzten Teil eine Aufnahmebohrung 4 für die
Dauermagnetkupplung zur Betätigung einer Ventilspindel 51 eingeschraubt ist In die Auslaßbohrung 3 ist ein
ringförmiger Ventilsitz 2 eingeführt und mit einer mit Außengewinde 7 und Innengewinde 8 versehenen Anschlußmuffe
6 gegen eine Schulter 13 der Axialbohrung festgelegt Die Einlaßbohrung 5 trägt ebenfalls ein Innengewinde
9 zur Aufnahme einer Einlaß-Anschlußmuffe. Die Auslaß- und Einlaßbohrungen 3 und 5 können
im Ventilgehäuse 1 in nahezu jeder beliebigen Winkelstellung zueinander vorgesehen sein. Die dargestellte
Ausführungsform eignet sich besonders für auswechselbare Ventilsitze 2.
In die Aufnahmebohrung 4 des Ventilgehäuses 1 ist ein Spaltrohr bzw. ein Schutzgehäuse 15 mit einem AnschluSabschnitt
16 mit Außengewinde eingeschraubt. Der obere Abschnitt 17 weist einen größeren Durchmesser
auf und bildet ein Dauermagnetkupplungsgehäuse. Das Schutzgehäuse muß aus nichtmagnetischem
Stahl od. dgl, z. B. aus austenitischem rostfreiem Stahl, bestehen. In das obere Endstück des zylindrischen Gehäuseabschnitts
17 ist ein weiter unten näher beschriebener Abschlußstopfen 20 eingeschraubt
Der Gehäuseabschnitt 17 ist von einem äußeren Dauermagnetkupplungsteil
21 zur Aufnahme von Dauermagneten 22, 23 aus Seltene Erde-Kobalt-Magnete, nachfolgend
als SE-Co-Magnete bezeichnet, umgeben. Die Magnete bilden eine gerade Anzahl von magnetischen
Nord- und Südpolen. Sie haben bogenförmige Gestalt und eine gerade Anzahl von mit gleichem Winkelabstand
angeordneten Nord- und Südpolen. Mit der Innenfläche des äußeren Dauermagnetkupplungsteils 21
sind kreisringförmige Lager verkeilt, wobei ein unteres Lager 25 durch einen einschnappbaren Haltering 26 gehalten
wird.. Die Lager sind aus Kunststoff, beispielsweise
aus Polytetrafluorethylen, gefertigt.
Im Innern des Schutzgehäuses 15 ist ein die Abtriebsseite der Dauermagnetkupplung bildendes inneres Dauermagnetkupplungsteil
31 gelagert, das SE-Co-Magnete 22.4 und Z3A kreisförmig aufnimmt. Die Magnete
sind ebenso wie die Magnete 22 und 23 gepolt. Die inneren Dauermagnete 22/4 und 23-4 sind auf einem
Kernstab 31 angeordnet und zwischen Endringen 32 und 33 gehalten. Die SE-Co-Magnete 22/4 und 23/4 sind
von einem dünnen, nichtmagnetischen Spaltrohr 34 umschlossen. Die Endringe 32 und 33 sind auf ihrer Außenseite
abgesetzt und stützen sich mit den so gebildeten Schultern an Kunststoff-Axiailagern 40 und 41 ab. Auf
diese Weise ist der innere Dauermagnetkupplungsteil 30 frei drehbar, aber axial unbeweglich. In einer Mittel·
bohrung des Anschlußabschnitts 16 des Schutzgehäuses 15 ist eine durch einen Federring an einen Stützschalter
gehaltene Kunststoff-Büchse 52 befestigt, in der eine Ventilspindel 51 verschieblich gelagert ist. Die Ventilspindel
51 hat einen oberen Gewindeabschnitt 33 und ist in eine entsprechende ".pntrale Innengewinde-Bohrung
36 des inneren Daucrmagnetkupplungstcils 30 eingeschraubt. Das untere Ende der Ventilspindel 51 reicht
verschieblich in ein Vcr 'hlußstück 60 ein. das eine konische
Außenfläche 61 hat und zur Anlage an den Ventilsitz 2 gebracht werden kann. Die Ventilspindel 51 ist im
Verschlußstück 60 in dessen Mittelbohrung 63 verschieblich gelagert die mit der Einlaßbohrung 5 durch
eine radiale Einlaßöffnung 64 und mit der Auslaßbohrung 3 über eine kleine Bohrung 65 verbunden wird,
wenn diese vom gewindeloscn Endabschnitt der Ventilspindel 51 freigegeben wird. Nahe ihrem gewindelosen
Endabschnitt ist die Ventilspindel 51 von einem Langloch 54 durchsetzt, durch das ein im Verschlußstück 60
gehaltener Zapfen 67 hindurchreicht Nachdem die Ventilspindel 51 um eine bestimmte Strecke gegenüber dem
Verschlußstück 60 bewegt wurde, hebt sie ihn folglich vom Ventilsitz 2 ab. Die Ventilspindel 51 verbringt das
Verschlußstück 60 dadurch zum Ventilsitz 2, daß sie sich in bezug auf ihn zuerst so weit bewagt, daß die kleine
Bohrung 65 verschlossen ist. Der untere Endabschnitt der Ventilspindel 61 ist für den Eingriff mit der kleinen
Bohrung 65 konisch ausgebildet. In <:ie Nut in der Außenfläche
des Verschlußstücks 60 ist ein0 Feder 6S eingelegt
um Drehbewegungen in bezug auf das Ventilgehäuse 1 zu verhindern. Durch die Fixierung des Verschlußstücks
60 wird auch die Ventilspindel 51 daran gehindc'-t, sich infolge der Wechselwirkung zwischen
dem Langloch 54 und dem Zapfen 67 gegenüber dem Ventilgehäuse 1 zudrehen.
Bei normalem Betrieb erfolgt das öffnen und Schließen
des Hochdruckventils durch Drehen des äußeren Dauermagnetkupplungsteils, der seinerseits das innere
Dauermagnetkupplungsteil 30 mitnimmt. Dessen Drehbewegung wird durch die Schraubverbindung zwischen
ihm und der Ventilspindel 51 in deren axiale Verstellung umgesetzt. Im geschlossenen Zustand des Ventils trägt
der Druckunterschied am Ventilsitz 2 dazu bei, das Verschlußstück 60 am Ventilsitz 2 zu halten. Bei Hochdruckanlagen
kann dieser Druckunterschied, wenn in axiale Öffnungskraft umgewandelt, sehr beträchtlich
sein. Die Öffnungskraft kann zu groß sein, als daß sie von der Magnetkupplung überwunden werden könnte,
da auch SE-Co-Magnete nur ein begrenztes Drehmoment magnetisch übertragen können. Die anfängliche
Aufwärtsbewegung der Ventilspindel 51 muß jedoch nicht die Öffnungskraft für das gesamte Ventil, sondern
nur für das ein Vorsteuerventil bildende Langloch 65 überwinden. Nachdem dieses freigelegt worden ist,
nimmt der Druckunterschied am Ventilsitz 2 ab. Dies ermöglicht es, das Verschlußstück 60 mit geringer axialer
Kraft und einem entsprechend kleineren magnetisch übertragbaren Drehmoment vom Ventilsitz 2 abzuhebcn.
Der erwähnte Abschiußstopfen 20 ist von wenigstens
; wei B-iuteilcn gebildet, nämlich einem kreisringförmigen
Außenstopfen 71 mit Außengewinde 72, mit welchem er in das obere Ende des Schutzgehäuse 15 eingeschraubt
ist, und Innenbohrung 73, in die ein gleichachsiger Innenstopfen 74 eingeschraubt ist, auf dessen freiliegendes
oberes Ende ein Schraubenschlüssel aufsetzbar ist, um den Innenstopfen 74 von Hand zu drehen. Dieser
ragt mit einem Abschnitt größeren Durchmessers in einen Abschnitt größeren Innendurchmessers der Mittelbohrung
73 hinein. Der Innensiopfen 74 ist nach oben in den Außenstopfen 71 eingeschraubt. Die innengelegene
Stirnseite des Innenstopfens 74 hat eine Gewindebohrung 75. Wenn zum Umschalten des Ventils aus einer
Normalstellung heraus eine magnetische Verstellung nicht erfolgen kann, wird das nach oben freiliegende
obere Ende des Innenstopfens 74 mil einem Schraubenschlüssel gedreht und dad'irch der Ifcncnstopfen 74 in
bezug auf den Außenstopfen 71 nach linien gedreht. Die
Abmessungen der Gewinde zwischen dem Außcnstopfen 71 und dem Innenstopfen 74 sind so, daß sich Gewindegänge
des Innengewindes 75 auf ein Außengewinde an einem Verlängerungsstück 37 des inneren Datierma- r·
gnetkupplungsteils 30 aufschrauben, bevor die Schraubverbindung zwischen dem Außenstopfen 71 und dem
Innenstopfen 74 außer Eingriff kommt. Danach wird der Innenstopfen 74 durch weiteres Drehen auf das Verlängerungsstück
37 festgeschraubt und schließlich wird das innere Dauermagnetkupplungsteil 30 mitgenommen,
um die Ventilspindel 51 aus ihrer Normalstellung herauszubewegen. Der Außenstopfen 71 und der Innenstopfen
74 sind durch einen zweiten innen angeordneten O-Ring abgedichtet.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
20
JO
40
45
50
55
60
to'·
Claims (1)
- Patentanspruch:Magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil, dessen das Verschlußstück axial verstellende, mit einem Gewindeabschnilt versehene Ventilspindel mit einem innerhalb eines Schutzgehsuses bzw. Spaltrohrs angeordneten inneren Dauermagnetkupplungsteil verbunden ist, das mittels eines außerhalb des Schutzgehäuses von Hand verdrehbaren äußeren Dauermagnetkupplungsteils verdrehbar ist, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung folgender Merkmale:
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