DE3640509A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere elektro­ magnetisch betätigtes Ventil und solches für gasförmige Medien, der ansonsten im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bekannte Ventile dieser Art weisen als Ventilverschlußglied einen Ventilteller auf, der sich im Bereich der einen Kammer und oberhalb der Trennwand erstreckt und der mit einer Teller­ fläche als Ventilsitz auf einer ringförmigen Sitzfläche im Bereich der Trennwand im Ventilschließzustand axial aufsitzt und auf diese Weise die Durchlaßöffnung im Schließzustand sperrt. Insbesondere in der Ausbildung als Ventil für gasförmi­ ge Medien hat dieses Ventil folgende Nachteile. Für den genannten Einsatzzweck werden derartige Ventile einer Prüfung nach DIN 3394 unter anderem auf zuverlässige Dichtheit im Schließzustand unterzogen. Diese Prüfung erfolgt auf der Gegendruckseite und derart, daß das Ventilverschlußglied gegen die Wirkung einer Schließfeder dabei in Öffnungsrich­ tung belastet ist. Dabei wirkt auf den Ventilteller eine von der freien, beaufschlagbaren Tellerfläche bestimmte Kraft. Um bei dieser Prüfung zu bestehen, muß demgemäß die dagegen­ wirkende Schließfeder entsprechend stark dimensioniert sein. Sie muß daher dementsprechend kräftig beschaffen sein und ist daher relativ schwer und teuer. Eine derart starke Schließ­ feder hat aber ferner folgende Nachteile. Soll ein solches Ventil beim bestimmungsgemäßen Gebrauch z.B. elektromagne­ tisch geöffnet werden, so muß die vom Elektromagneten erzeugte Hubkraft nicht nur die relativ große , von der Schließfeder aufgebrachte Schließkraft überwinden, son­ dern zusätzlich dazu noch die Kraft, die sich aufgrund des in dieser Kammer herrschenden Druckes im Bereich der davon beaufschlagten freien Ventiltellerfläche ergibt. Dies erfordert große, schwere und teuere Elektromagneten, die im übrigen auch eine große Stromaufnahme haben und somit auch zu hohen Betriebskosten führen. Da im übrigen die beim Schließen und Öffnen des Ventiles zu bewegenden Massen ebenfalls beachtlich sind, sind nur relativ gerin­ ge Geschwindigkeiten zum Überführen in den Öffnungs- oder Schließzustand möglich. Auch der gesamte Platzbedarf eines solchen mit Elektromagnet ausgerüsteten Ventiles ist we­ gen der groß zu dimensionierenden Elektromagnete erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, das insgesamt kleiner, leichter, kompakter und billiger als bekannte Ventile ist, einen geringeren Platzbedarf erfordert und kleiner Schaltzeiten ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einem Ventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die Merk­ male in dessen Kennzeichnungsteil gelöst. Vorteilhafte weitere Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 17.

Durch die Ausbildung des Ventilverschlußgliedes als zy­ lindrische Hülse, die in Richtung ihrer Längsmittelachse beim Überführen in den Schließzustand mit ihrem endsei­ tigen Ventilsitz auf die Sitzfläche gedrückt wird und zum Öffnen gegensinnig dazu davon abgehoben wird, sind folgende wesentliche Vorteile erreicht. Das Ventilver­ schlußglied ist zumindest nahezu völlig druckentlastet.

Zum Öffnen muß also nicht der dagegenstehende Druck in der einen Kammer und damit die dadurch bedingte Kraft überwunden werden. Die Schließfeder kann kleiner, leich­ ter und schwächer dimensioniert werden, weil ein solches Ventil auch bei der Prüfmethode nach DIN 3394 allen An­ forderungen genügt und dicht ist und bleibt. Demzufolge kann ein zur Ventilbetätigung vorgesehener Elektromagnet kleiner und leichter beschaffen sein, wodurch dieser auch billiger ist und aufgrund seiner Kompaktheit auch einen geringeren Platzbedarf hat. Vorteilhaft ist dabei auch, daß ein solcher Elektromagnet eine Reduzierung der Be­ triebskosten wegen kleinerer Stromaufnahme mit sich bringt. Es hat sich z.B. gezeigt, daß ein Elektromagnet zum Ein­ satz kommen kann, der z. B. bis zu 50% kleiner als der bei bekannten Ventilen sein kann. Bei bekannten Ventilen sind aus genannten Gründen für einzelne Arbeitsdrücke jeweils speziell angepaßte Ventile nötig. Beim erfindungsgemäßen Ventil hingegen kann mit einem einzigen Ventil ein ganzer Druckbereich, z.B. von 0 bis 5 bar, abgedeckt werden, ohne daß etwaige Änderungen oder Anpassungen beim Ventil an den jeweiligen Arbeitsdruck nötig wären. Dieser Vorzug drückt sich in einer weiteren Kostensenkung aus, die eben­ falls dem Käufer und Anwender zugutekommt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nach­ folgend erläutert.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wie­ dergegeben sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle aus­ drücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung gezeigten Ausführungsbeispieles eines elektromagne­ tisch betätigten Ventiles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt des Ventiles gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt eines Teiles einer Hülse eines Ventiles gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Das in Fig. 1 gezeigte Ventil ist vor allem für gasförmige Medien bestimmt und mittels eines Elektromagneten 10 in an sich bekannter Weise betätigbar. In einem Gehäuse 11 ist eine Ventilkammer 12 gebildet, die durch eine quer verlaufende Trennwand 13 in zwei einzelne Kammern 14 und 15 unterteilt ist, von denen z.B. die Kammer 14 eine Zu­ strömkammer und die Kammer 15 eine Abströmkammer bildet. Selbstverständlich können die Verhältnisse auch umgekehrt sein.

Beide Kammern 14 und 15 sind durch eine Durchlaßöffnung 16 miteinander verbunden, die von einem Ventilverschluß­ glied 17 beherrscht wird, das vom Elektromagneten 10 be­ tätigt wird. Das Ventilverschlußglied 17 verläuft koaxial zur Durchlaßöffnung 16. Zur Bildung der Durchlaßöffnung 16 ist in die Trennwand 13 ein besonderer Führungsring 18 z.B. aus Messing fest eingesetzt, dessen innere Um­ fangsfläche eine Führungsfläche bildet und eine Ringnut 19 enthält, in der ein der Abdichtung dienender Nutring 20 aufgenommen ist, der z.B. aus Gummi oder Kunstgummi oder anderen geeigneten Materialien besteht.

Das Ventilverschlußglied 17 ist als zylindrische Hülse 21 ausgebildet, die zur Durchlaßöffnung 16 koaxial ausge­ richtet und in dieser dicht gehalten und geführt ist und relativ zur Trennwand 13 verschiebbar ist. Die Hülse 21 weist am einen, in Fig. 1 unteren Stirnende einen mit der Hülse 21 einstückigen Ventilsitz 22 auf. Mit dem Ven­ tilsitz 22 sitzt die Hülse 21 im in Fig. 1 gezeigten Ven­ tilschließzustand auf einer ebenen Sitzfläche 23 unter Abdichtung auf, die sich in der Kammer 15 befindet. Die Sitzfläche 23 verläuft quer zur Längsmittelachse der Hül­ se 21. Sitzt die Hülse 21 mit dem Ventilsitz 22 dicht auf der Sitzfläche 23 auf, so ist das Innere 24 der Hülse in diesem Bereich zur Kammer 15 hin verschlossen.

Der Endbereich der Hülse 21, der sich jenseits der Dicht­ zone, also des Nutringes 20, und innerhalb der anderen Kammer 14 befindet, weist zumindest eine Öffnung 25 auf, die das Innere 24 der Hülse 21 mit dieser anderen Kammer 14 verbindet.

Die Hülse 21 weist an dem Ende, das dem Ventilsitz 22 gegenüberliegt, einen Träger 26 z.B. in Form einer Platte auf, der fest mit der Hülse 21 verbunden ist, z.B. einge­ lötet ist. Dieser Träger 26 kann die mindestens eine Öff­ nung enthalten, die das Innere 24 der Hülse 21 mit der Kammer 14 fortwährend verbindet. Diese Gestaltung ist in Fig. 1 nicht besonders gezeigt. Sichtbar ist statt dessen, daß die mindestens eine Öffnung 25 in der Wandung der Hülse 21 enthalten ist und ein Öffnungsfenster bildet. Die Hülse 21 kann in der Wandung drei derartige Öffnungs­ fenster enthalten, die in Umfangsrichtung in gleich großen Abständen voneinander angeordnet sind.

Der Träger 26 in der Ausbildung z.B. als Platte enthält eine zentrale Bohrung 27, die von einer Stange 28 durch­ setzt ist, und zwar unter Belassung eines derart ausrei­ chend großen Zwischenraumes, daß dadurch die Hülse 21 relativ zur Stange 28 kippbeweglich ist. Die Stange 28 führt zum Elektromagneten 10, von dem sie zumindest in Zugrichtung, d.h. in Fig. 1 nach oben hin, beaufschlagt wird. Im Inneren 24 der Hülse 21 ist am Ende der Stange 28 eine mit Teller 29 versehene Mutter 30 aufgeschraubt, die bei der Zugbeaufschlagung von unten her am Träger 26 anschlägt und so die Hülse 21 in Fig. 1 nach oben zieht.

Zwischen dem Träger 26 einerseits und einer oberen Wider­ lagerscheibe 31 andererseits, die fest mit dem Gehäuse 11 verbunden ist, ist eine Schließfeder 32 abgestützt, die als Druckfeder in Form einer zylindrischen Schrauben­ feder ausgebildet ist und im gezeigten Ventilschließzu­ stand das Ventilverschlußglied 17 in Schließrichtung ge­ mäß Fig. 1 nach unten beaufschlagt und mit dem Ventilsitz 22 gegen die Sitzfläche 23 dauerhaft andrückt. Die Schließ­ feder 32 ist von der Stange 28 durchsetzt.

Der Ventilsitz 22 der Hülse 21 ist als endseitiger, im Querschnitt im Vergleich zur Hülse 21 dünner bemessener Ringteil ausgebildet, der beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 die Form einer Schneide 33 hat. Die Schneide 33 ist durch eine Schrägfläche gebildet, die am unteren Ende der Hülse 21 von deren innerer Umfangsfläche zu deren äußerer Umfangsfläche führt und somit einem sich nach unten hin erweiternden Kegelstumpf folgt. Somit ist die Hülse 21 zumindest nahezu hundertprozentig druckentlastet.

Die dem Ventilsitz 22 zugeordnete Sitzfläche 23 ist an einem Teller 34 vorgesehen, der in Achsrichtung der Hülse 21, und zwar unterhalb dieser, am Gehäuse 11 abgestützt ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Teller 34 im Bereich seines Zentrums mit seiner Unterseite auf der zugewandten Stirnseite eines Zapfens 35 auf, der ein­ stückig am Gehäuse 11 angeformt ist und in die Kammer 15 hineinragt. In eine Gewindebohrung 36 des Zapfens 35 ist eine Schraube 37 eingeschraubt, die mit einem zylin­ drischen Absatz 38 eine demgegenüber größere Bohrung 39 im Teller 34 durchsetzt. Dadurch ist der Teller 34 in Grenzen kippbeweglich gehalten.

Auf der dem Ventilsitz 22 zugewandten Seite trägt der Teller 34 einen in einer Vertiefung 40 aufgenommenen Dichtring 41 aus elastischem Material, z.B. Gummi oder Kunstgummi, der die Sitzfläche 23 bildet und auf dem die Hülse 21 im gezeigten Ventilschließzustand mit dem Ven­ tilsitz 22 dicht aufsitzt. Zur zusätzlichen Abdichtung zwischen der Bohrung 39 und dem zylindrischen Absatz 38 der Schraube 37 ist in der Bohrungswandung in einer Nut ein O-Ring 42 enthalten.

Wird der Elektromagnet 10 im Öffnungssinn des Ventiles angesteuert, so wird darüber die Stange 28 in Fig. 1 nach oben gezogen, die über die dann an der Unterseite des Trägers 26 mit ihrem Teller 29 anschlagende Mutter 30 die Hülse 21 gegen die Wirkung der Schließfeder 32 mit hochzieht. Da dabei der Ventilsitz 22 von der Sitz­ fläche 23 abgehoben wird, wird die dortige Abdichtung aufgehoben, so daß nun das Innere 24 der Hülse 21 über deren unteres offenes Ende mit der Kammer 15 in Verbindung steht. Somit ist ein Strömungsdurchgang für ein Medium von der Kammer 14 durch die Öffnungen 25 hindurch in das Innere 24 der Hülse 21 und von dort durch das offene untere Hül­ senende in die Kammer 15 oder gegensinnig möglich. Auf die Hülse 21 wirkt weder von der Kammer 14 her noch von der Kammer 15 her eine die Hülse 21 in Schließstellung zwingende Kraft ein, so daß bei dieser Öffnungsbewegung vom Elektromagneten 10 lediglich die Schließkraft der Schließfeder 32 zu über­ winden ist. Die Hülse 21 ist nahezu völlig druckentlastet. Soll das Ventil geschlossen werden, mithin die Hülse 21 in den in Fig. 1 gezeigten Schließzustand überführt wer­ den, so geschieht dies durch Entregung des Elektromagneten 10, wodurch die über die Stange 28 ausgeübte Zugkraft in Fig. 1 nach oben abfällt. Somit überwiegt die in Schließrichtung wirksame Schließkraft der Feder 32, die das Ventilverschlußglied 17 federelastisch in den ge­ zeigten Schließzustand zurückschiebt, wobei die Stange 28 mitgenommen wird. Durch die jeweils kippbare Verbindung zwischen der Stange 28 und dem Ventilverschlußglied 17 einerseits bzw. zwischen dem Teller 34 und dem Zapfen 35 des Gehäuses andererseits ist eine selbsttätige An­ passung unter der Wirkung des Druckmediums in der Kammer 14 und/oder 15 möglich, wodurch im übrigen auch etwaige Toleranzen, Fluchtungsfehler od.dgl. selbsttätig ausge­ glichen werden. Da die Hülse 21 mit ihrer äußeren Umfangs­ fläche innerhalb der Durchlaßöffnung 16 dicht geführt ist und durch den Nutring 20 zuverlässig abgedichtet ist, ist im Ventilschließzustand gemäß Fig. 1 ein Durchlaß in diesem Bereich zuverlässig gesperrt, ebenso wie im Bereich des auf der Sitzfläche 23 aufsitzenden Ventil­ sitzes 22. Da der Dichtring 41 elastisch ist, wird in dieser Schließstellung die Schneide 33 zumindest gering­ fügig in das Material des Dichtringes 41 eingedrückt, wodurch sich noch eine labyrinthartige zusätzliche Dich­ tung in diesem Bereich ergibt.

Da das Ventilverschlußglied 17 in Form der Hülse 21 und dank der beschriebenen Gestaltung nahezu völlig druck­ entlastet ist und zum Öffnen praktisch nur die gegensin­ nig wirkende Schließkraft der Schließfeder 32 überwun­ den werden muß, kann der Elektromagnet 10 im Vergleich zu bekannten elektromagnetisch betätigten Ventilen wesent­ lich kleiner, leichter und billiger ausgebildet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Elektromagnet 10 auch hinsichtlich seiner Leistung kleiner dimensio­ niert werden kann, da dessen Stromaufnahme erheblich kleiner ist. Aufgrund kleinerer Abmessungen des Elektro­ magneten 10 ist auch der Platzbedarf dafür gering, so daß das Ventil insgesamt gedrängter und noch kompakter gestaltet werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vor­ teil liegt darin, daß wegen geringerer zu bewegender, insbesondere zu beschleunigender, Massen des Ventiles kürzere Schaltzeiten des Ventiles möglich sind. Das Ventil spricht also schneller an und ist schneller in den Öff­ nungszustand und auch Schließzustand zu überführen als bekannte Ventile.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind für die Teile, die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, um 100 größere Bezugszeichen verwendet, so daß dadurch zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles Bezug genommen ist.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der am unteren stirn­ seitigen Ende der Hülse 121 befindliche Ventilsitz 122 als Ring­ wulst 143 ausgebildet, die derart schräg und nach außen gestellt ist, daß sie über die äußere Umfangsfläche 144 der Hülse 121 hinaus zumindest geringfügig vorsteht. Im gezeigten Ventilschließzustand wird über die Schließkraft der Schließfeder die Ringwulst 143 zumindest geringfügig durch elastische Verformung des Materiales des Dichtringes 141 in diesen eingedrückt, und zwar etwa so weit, daß die Ringwulst 143 mit ihrer Außenfläche und mit ihrer Innenfläche zumindest im wesentlichen in das Material des Dichtringes 141 eintaucht. Dadurch ist einerseits das Material des Dichtringes 141 geschont, da kein schnei­ denartiger Angriff erfolgt, und andererseits durch die Ring­ wulst 143 praktisch eine hundertprozentige Druckentlastung des Ventilverschlußgliedes erreicht.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merk­ male sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Claims (17)

1. Ventil, insbesondere elektromagnetisch betätigtes Ventil und solches für gasförmige Medien, dessen Ventilkammer (12) in eine Zuström- und Abströmkammer unterteilt ist, die über eine in einer Trennwand (13) enthaltene Durchlaßöffnung (16) miteinander verbunden sind, welche von einem Ventilver­ schlußglied (17) beherrscht wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (17) als zur Durchlaßöffnung (16) koaxiale zylindrische Hülse (21; 121) ausgebildet ist, die in der Durchlaßöffnung (16) dicht gehalten und geführt und relativ zur Trennwand (13) verschiebbar ist, daß die Hülse (21; 121) an einem Stirnende einen Ventilsitz (22; 122) aufweist, mit dem die Hülse (21; 121) im Ventilschließzustand auf einer zur Hülsenachse quer verlaufenden ebenen Sitzfläche (23) in einer der Kammern (14, 15) dicht aufsitzt, und daß die Hülse (21; 121) an dem jenseits der im Bereich der Trennwand (13) befindlichen Dichtzone und innerhalb der anderen Kammer (14) befindlichen Endbereich zumindest eine das Innere (24) der Hülse (21; 121) mit dieser Kammer (14) verbindende Öffnung (25) aufweist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse (21; 121) an dem dem Ventil­ sitz (22; 122) gegenüberliegenden Ende einen Träger (26), insbesondere eine Platte aufweist, an dem eine Stange (28) angreift.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (26) die zumindest eine Öffnung enthält.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öffnung (25) in der Hülsenwandung enthalten ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülsenwandung (3) in Umfangs­ richtung in Abstand voneinander angeordnete Öffnungs­ fenster (25) enthält.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (22; 122) der Hülse (21; 121) als endseitiger, im Querschnitt vorzugsweise dünnerer Ringteil ausgebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (22), insbesondere der Ringteil, als Schneide (33) ausgebildet ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (122), insbesondere der Ringteil, als Ringwulst (143) ausgebil­ det ist, die derart schräg und nach außen gestellt ist, daß sie über die äußere Umfangsfläche (144) der Hülse (121) vorsteht.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (21) mit der Stange (28) gelenkig, insbesondere kippbeweglich, verbunden ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, gekenn­ zeichnet durch eine Schließfeder (32), die einerseits am Gehäuse (11, 31) und andererseits am Träger (26) abgestützt ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche (23; 123) an einem Teller (34; 134) angeordnet ist, der in Achsrichtung der Hülse (21; 121) gehäuseseitig abge­ stützt ist.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teller (34; 134) schwenkbar, insbesondere kippbeweglich, im Gehäuse (11) gehalten ist.

13. Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Teller (34; 134) auf der dem Ventilsitz (22; 122) zugewandten Seite eine Dichtscheibe oder einen Dichtring (41; 141) trägt, auf dem der Ventilsitz (22; 122) im Ventilschließzustand dicht aufsitzt.

14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtscheibe bzw. der Dicht­ ring (41; 141) in einer formgleichen Vertiefung (40; 140) des Tellers (34; 134) aufgenommen ist.

15. Ventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtscheibe oder der Dichtring (41; 141) aus elastischem Material, ins­ besondere aus Gummi oder Kunstgummi, besteht.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (13) ein Führungsring (18) gehalten ist, dessen innere Umfangsfläche die Durchlaßöffnung (16) umgrenzt und als zylindrische Führungsfläche für die Hülse (21) ausgebildet ist.

17. Ventil nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Umfangsfläche des Füh­ rungsringes (18) eine Ringnut (19) enthält, in der ein Nutring (20) gehalten ist.