DE3642669A1 - Eigenmediumgesteuertes, durch ein vorzugsweise elektromagnetisch betaetigtes steuerventil ausloesbares ventil - Google Patents
Eigenmediumgesteuertes, durch ein vorzugsweise elektromagnetisch betaetigtes steuerventil ausloesbares ventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein eigenmediumgesteuertes,
durch ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigtes
Steuerventil auslösbares Ventil mit den Merkmalen aus
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige servogesteuerte Ventile sind an sich bekannt.
So ist es beispielsweise bei einem derartigen in DE-PS
9 76 465 beschriebenen Ventil bekannt, den in die Steuer
bohrung hineinragenden Stift konisch auszubilden, so daß
bei einer Bewegung des Differentialkolbens der Durch
flußquerschnitt der Steuerbohrung verändert wird. Hier
mit soll bei dem bekannten Ventil erreicht werden, daß
die Schließbewegung des Ventils in der letzten Phase
verzögert und damit das Auftreten eines Wasserschlages
vermieden wird.
Es ist weiterhin in der DE-PS 12 63 425 ein eigenmedium
gesteuertes Ventil beschrieben, bei dem der Druckraum
vom Steuerraum durch eine Membran getrennt ist, in der
sich eine der Steuerbohrung entsprechende Durchtritts
öffnung befindet, in die ein an einen bewegbaren Abdeck
teil angeordneter konischer Stift hineinragt. Auch bei
diesem Ventil soll durch diese Einrichtung eine den
Wasserschlag verhindernde Verzögerung der Schließbewe
gung erreicht werden. Weiterhin wird in dieser Druck
schrift darauf hingewiesen, daß durch den in die Durch
trittsöffnung hineinragenden konischen Stift ein Ver
stopfen der Durchtrittsöffnung durch Verunreinigungen
des Mediums verhindert wird, da der Stift bei seiner
Bewegung innerhalb der Durchtrittsöffnung, außer der
Bewegung in axialer Richtung, auch eine Bewegung in
radialer Richtung ausführt und dadurch eine Reinigung
der Öffnung vornimmt.
Eigenmediumgesteuerte Ventile der oben beschriebenen
Bauart müssen vor allem, wenn sie am öffentlichen
Wassernetz betrieben werden, bestimmten Bedingungen
hinsichtlich der Wirkungsweise genügen. So wird bei
spielsweise erwartet, daß in der Öffnungsphase kein
unzulässiger Druckabfall vor dem Ventil zu messen ist.
Für das Öffnen eines derartigen servogesteuerten Venti
les ist die Entlastungsbohrung von Wichtigkeit. Für die
Schließphase wird vorausgesetzt, daß kein übermäßiger
Druckstoß vor dem Ventil entsteht, welcher Rückwirkungen
auf andere Armaturen und Installationen ausüben könnte.
Dies bedeutet, daß die für die Funktion wichtigen
Steuer-und Entlastungsbohrungen in einem bestimmten
Verhältnis zueinander stehen und entsprechend bemessen
sein müssen, um die hier vorhandenen einschlägigen
Vorschriften einhalten zu können.
Es hat sich nun gezeigt, daß bei Ventilen, deren Funk
tionsweise direkt nach ihrer Herstellung ordnungsgemäß
mit Wasser überprüft wurde, nach einer längeren Lager
zeit bis zur Erstinbetriebnahme dadurch Probleme auftre
ten, daß sich die Steuerbohrung in ihrem Querschnitt
verändert oder gar zugesetzt hat. Dies ist in erster
Linie darauf zurückzuführen, daß sich im verbleibenden
Prüfwasser Biomasse, beispielsweise in Form von Algen
oder Schleimbakterien gebildet hat, welche die Steuer
bohrung, die oft ein sehr kleines Verhältnis von Durch
messer zu Länge besitzt, verstopft.
Der Hersteller derartiger Ventile muß daher entsprechen
de Maßnahmen ergreifen, um diesen Effekt vorzubeugen.
Besonders gefährdet sind in dieser Hinsicht Ventile, bei
denen der die Steuerbohrung aufweisende Differentialkol
ben aus Kunststoff besteht.
Ausgehend von dem oben beschriebenen an sich bekannten
Grundgedanken der Reinigung einer Steuerbohrung während
des Betriebes des Ventils bestand die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Ventil der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Bauart
so auszugestalten, daß mit einfachsten konstruktiven
Mitteln auch bei Steuerbohrungen mit relativ kleinem
Verhältnis von Durchmesser zu Länge ein Reinigungseffekt
mit Sicherheit erreicht wird, wobei die Konstruktion vor
allem für aus Kunststoffteilen aufgebaute Ventile ge
dacht sein sollte. Weiterhin sollte die angestrebte
Lösung in einfachster Weise die Möglichkeit eröffnen,
zusätzliche Anforderungen, die an derartige Ventile
häufig gestellt werden, zu erfüllen.
Eine solche Forderung kann beispielsweise darin beste
hen, daß sichergestellt werden soll, daß in inverser
Richtung kein Wasser durch das Ventil strömen darf.
Eine weitere häufig gestellte Forderung besteht darin,
daß bei einem aus Kunststoffteilen aufgebauten Magnet
ventil das berührbare Medium, also das Wasser, in die
Schutzmaßnahme "Erdung" mit einbezogen sein muß. Dies
ist bei einem Ventil mit den Merkmalen aus dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1 besonders schwer zu er
füllen, da bei geschlossenem Ventil das im Druckraum
befindliche Medium mit dem im Steuerraum befindlichen
Medium nur über die mit Medium gefüllte Steuerbohrung
verbunden ist, was einen relativ hohen elektrischen
Widerstand darstellen kann.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe und die Ermögli
chung einer Lösung der zusätzlichen Forderungen erfolgt
erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnen
den Teil des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Ventils sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den in die
Steuerbohrung hineinragenden Stift als Teil eines Feder
elementes auszubilden, von dem ein Längenabschnitt durch
die ganze Steuerbohrung hindurch, also vom Steuerraum in
den Druckraum, hineingeführt ist. Ein solches Feder
element läßt sich außerordentlich leicht herstellen und
es müssen keine besonderen Maßnahmen getroffen werden,
um beispielsweise wie bei bekannten Ventilen dieser Art,
einen Stift am Gehäuse oder einen bewegbaren Teil zu
befestigen, was insbesondere bei Ventilen aus Kunststoff
mit Schwierigkeiten verbunden ist.
Wie weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, ist die erfindungsgemäße Lösung nicht nur
konstruktiv außerordentlich einfach zu verwirklichen,
sondern ergibt auch einen hervorragenden Reinigungs
effekt, da sich das die Steuerbohrung durchsetzende Teil
des Federelementes ständig in dieser Bohrung befindet
und bei jeder Bewegung des Differentialkolbens eine
axiale und zusätzlich eine radiale Relativbewegung in
dieser Steuerbohrung ausführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Federelement ist es auch sehr
leicht möglich, gleichzeitig die weitere obengenannte
Forderung zu erfüllen, daß bei einer inversen Druckbe
aufschlagung des Ventils kein Öffnen erfolgen soll.
Hierzu braucht lediglich das Federelement, das sich
sowohl am Differentialkolben als auch an der Innenwand
des Steuerraumes abstützt, so ausgebildet und bemessen
sein, daß eine zusätzliche Federkraft auf den Differen
tialkolben wirkt. Diese Gegendruckdichtigkeit kann
beispielsweise auf einen Druck von 0,2 bis 0,5 bar
ausgelegt sein.
Schließlich ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung
auch möglich, die weitere Forderung zu erfüllen, daß das
Medium in die Schutzmaßnahme Erdung mit einbezogen ist.
Durch den durch die Steuerbohrung ganz hindurchgeführten
Teil des metallischen Federelementes ist das im Steuer
raum befindliche Medium metallisch mit dem im Druckraum
befindlichen Medium verbunden. Wenn also beispielsweise
das elektromagnetisch betätigte Steuerventil, dessen den
Steuerventilteller tragender Anker im allgemeinen in den
Steuerraum hineingeführt ist, und mit ihm das Ventilober
teil elektrisch leitend mit dem Schutzleiter verbunden
sind, ist auch das Medium im Steuerraum in diese Schutz
maßnahme einbezogen und die Schutzmaßnahme wird durch
den durch die Steuerbohrung hindurchgeführten Teil des
Federelementes auf das im Druckraum befindliche Medium
ausgeweitet.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen
zwei Ausführungsbeispiele für ein eigenmediumgesteuertes
Ventil nach der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen, teilweise ge
schnittenen Teildarstellung eine erste Aus
führungsform eines eigenmediumgesteuerten
Ventils mit elektromagnetisch betätigtem
Steuerventil;
Fig. 2 in einer Darstellung analog Fig. 1 eine weitere
Ausführungsform eines eigenmediumgesteuerten
Ventils mit elektromagnetisch betätigtem Steuer
ventil.
In den Fig. 1 und 2 sind nur die für die Steuerung
wichtigen Teile eines servogesteuerten Ventils darge
stellt.
Im nur angedeuteten Ventilgehäuse 1 ist ein Differen
tialkolben 2 in axialer Richtung verschiebbar angeord
net, der an seinen Rändern über eine Rollmembran 3 mit
dem Ventilgehäuse verbunden ist. Der Differentialkolben
2 trägt an seiner Unterseite einen Ventilteller 4, der
einem Ventilsitz 5 gegenüberliegt. Der Ventilzufluß Z,
also der Druckanschluß, mündet in eine ringförmige
Druckkammer 6, die über den Ventilsitz 5 mit einer zum
Ventilauslaß A führenden Abflußkammer 7 verbunden ist.
In Fig. 1 oberhalb des Differentialkolbens 2 ist ein
Steuerraum 8 angeordnet, der an seiner Unterseite durch
die Oberfläche des Differentialkolbens 2 bzw. durch die
Membran 3 begrenzt ist, während die anderen Begrenzungen
durch die Innenflächen eines Führungsrohres gebildet
werden, das ein verbreitertes Unterteil 9.2 und ein
schmaleres Oberteil 9.1 besitzt, wobei in letzterem der
Magnetanker 12 eines elektromagnetisch betätigten
Steuerventils geführt ist, dessen Betätigungsteile
insgesamt mit 13 bezeichnet sind.
Im Differentialkolben 2 befindet sich eine mittig ange
ordnete axiale Entlastungsbohrung 10, durch die der
Steuerraum 8 mit dem Abflußraum 7 verbunden ist. Weiter
hin weist der Differentialkolben 2 eine außermittig
angeordnete axiale Steuerbohrung 11 auf, durch die der
Steuerraum 8 mit dem Druckraum 6 verbunden ist. Der am
unteren Ende des Magnetankers 12 angeordnete Steuerven
tilteller 12.1 liegt dem oberen Ende der Entlastungsboh
rung 10 gegenüber und verschließt diese im Ruhezustand
des Steuerventils.
Die an sich bekannte Funktionsweise dieses Ventils ist
folgende:
Das durch den Ventilzufluß Z unter Druck zuströmende
Medium gelangt über den Druckraum 6 und die Steuerboh
rung 11 in den Steuerraum 8. Die Flächenverhältnisse am
Differentialkolben sind so gewählt, daß bei durch das
Steuerventil verschlossener Entlastungsbohrung 10 der
Differentialkolben 2 unter dem Druck des Mediums im
Steuerraum 8 nach unten bewegt und sich das Ventil durch
Aufsetzen des Ventiltellers 4 auf den Ventilsitz 5
schließt.
Wird das Steuerventil erregt und durch Anziehen des
Ankers 12 die Entlastungsbohrung 10 geöffnet, so tritt
ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 8 und dem
Abflußraum 7 auf und der Differentialkolben 2 hebt sich
aufgrund des im Druckraum 6 anstehenden Druckes, so daß
sich das Ventil öffnet.
Es ist leicht ersichtlich, daß bei einer Verstopfung der
Steuerbohrung 11 ein Zustand eintritt, in dem das Ventil
nicht mehr schließt, weil sich im Steuerraum 8 der
hierzu notwendige Druck nicht aufbauen kann. Dies kann
beispielsweise bei Ventilen, die in einem Waschautomat
eingebaut sind, zu außerordentlich nachteiligen Folgen
mit unkontrolliertem Wasseraustritt führen.
Um eine Verstopfung der Steuerbohrung 11, beispielsweise
durch sich absetzende Verunreinigungen, ständig zu ver
hindern, ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ventil
folgende einfache Einrichtung vorgesehen:
In den Steuerraum 8 ist ein insgesamt mit 14 bezeichne
tes Federelement eingelegt, das folgendermaßen aufgebaut
ist:
Es ist aus Federdraht mit rundem Querschnitt geformt und
besitzt einen ersten, im wesentlichen gradlinigen Ab
schnitt 14.1, der auf der oberen Oberfläche des Diffe
rentialkolbens 2 aufliegt und sich an seinem freien Ende
mit einer Umbiegung 14.4 im Randbereich des Differen
tialkolbens 2 abstützt, während sein anderes Ende über
eine Umbiegung 14.5 sich ebenfalls im Randbereich ab
stützt, wobei sich an dieses Ende ein weiterer im we
sentlichen gradliniger Abschnitt 14.2 anschließt, der
schräg nach oben geführt ist und sich an der Innenfläche
des breiteren Teils 9.2 des Führungsrohres, die dem
Differentialkolben 2 gegenüberliegt, abstützt. An dieser
Stelle befindet sich eine weitere Umbiegung 14.6 in
Richtung nach unten auf den Differentialkolben 2 zu und
es schließt sich ein dritter gradliniger Abschnitt 14.3
an, der durch die Steuerbohrung 11 hindurch und in den
Druckraum 6 hineingeführt ist. Am freien Ende dieses
dritten Längenabschnittes 14.3 befindet sich eine ha
kenförmige rechtwinklige Umbiegung 14.7, die das Feder
element unverlierbar macht.
Die Wirkungsweise dieses Federelementes ist aus Fig. 1
sofort ersichtlich. Bewegt sich der Differentialkolben 2
auf und ab, so ergibt sich wegen der Abstützung der
Umbiegung 14.6 am festen Gehäuse eine Relativbewegung
zwischen dem dritten Längenabschnitt 14.3 und der Innen
wand der Steuerbohrung 11. Dadurch, daß dieser Längenab
schnitt 14.3 durch die gesamte Steuerbohrung 11 hin
durchgeführt ist, wird der Querschnitt der Steuerbohrung
11 durch einen Ringspalt gebildet.
Dadurch, daß sich das Federelement 14 mit dem ersten
Längenabschnitt 14.1 auf dem Differentialkolben 2 ab
stützt, ergibt sich außer der relativen Axialbewegung
zwischen dem dritten Längenabschnitt 14.3 und der
Steuerbohrung 11 eine Kippbewegung des Federelementes
14, die zu einer quasi radialen Bewegung des dritten
Längenabschnittes 15.3 in einer senkrecht stehenden
Ebene durch die Steuerbohrung 11 führt. Auf diese Weise
wird der Ringspalt der Steuerbohrung 11 ständig zuver
lässig von Fremdkörpern und anhaftenden Belägen gesäu
bert.
Weiterhin ist ersichtlich, daß auch bei dieser Ausfüh
rungsform bereits das Federelement 14 zwischen Differen
tialkolben 2 und dem festen Ventilgehäuse 1 der Öff
nungsbewegung des Differentialkolbens 2 entgegenwirkt,
so daß bei entsprechender Bemessung ein Öffnen bei
inverser Druckbeaufschlagung verhindert werden kann.
Schließlich ist auch leicht ersichtlich, daß durch das
Federelement 14 das im Steuerraum 8 befindliche Medium
metallisch leitend mit dem im Druckraum 6 befindlichen
Medium verbunden ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines eigen
mediumgesteuerten Ventils mit elektromagnetisch betätig
tem Steuerventil unterscheidet sich von der Ausführungs
form nach Fig. 1 in erster Linie durch die Ausbildung
des Federelementes.
Auch dieses Ventil weist ein Gehäuse 21 und ein auf dem
Gehäuse angeordneten Magnetteil 33 des Steuerventils
auf, dessen Magnetanker 32 im oberen Teil des Führungs
rohres 29.1 geführt ist und von oben in den Druckraum 28
ragt, wobei seine Unterseite den Steuerventilteller 32.1
trägt, welcher der Entlastungsbohrung 30 im Differen
tialkolben 22 gegenüberliegt. Unterhalb des Differen
tialkolbens 23 ist der ringförmige Druckraum 26 angeord
net, der mit dem Ventilzufluß Z direkt verbunden ist und
über den Ventilsitz 25, dem der an der Unterseite des
Differentialkolbens 22 angeordnete Ventilteller 24
gegenüberliegt, mit dem Abflußraum 27 verbindbar ist,
der seinerseits an den Ventilauslaß A angeschlossen ist.
Außermittig ist im Differentialkolben 22 die Steuerboh
rung 31 angeordnet, die den Steuerraum 28 mit dem Druck
raum 26 verbindet. Der Differentialkolben 2 ist mit dem
Ventilgehäuse über ein Rollmembran 23 verbunden.
Das Federelement 34 ist bei dieser Ausführungsform
einstückig angeschlossen an eine Schraubendruckfeder
34.4, die den Magnetanker 32 umfassend, sich an einem
Absatz des Führungsrohres 29.1 abstützt und mit ihrer
unteren Endwindung auf dem Differentialkolben 22 auf
sitzt. Diese Endwindung setzt sich fort in einem ersten
Längenabschnitt 34.1 des Federelementes 34, der über
einen gekrümmten Abschnitt 34.5 in einen zweiten anstei
genden Längenabschnitt 34.2 übergeht, der sich an seinem
gekrümmten Ende 24.6 an der Innenwand des breiteren
Teils 29.2 des Führungsrohres abstützt, an dieser Stelle
nach unten umgebogen ist und mit dem dritten Längenab
schnitt 34.3 durch die Steuerbohrung 31 hindurch in den
Druckraum 26 hineingeführt ist, wo sich die hakenförmige
Umbiegung 34.7 befindet.
Die Wirkungsweise des Federelementes 34 ist prinzipiell
die gleiche wie die des Federelementes 14 bei der Aus
führungsform nach Fig. 1.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist in besonders
sinnfälliger Weise durch die Verbindung des Federelemen
tes 34 mit der Schraubendruckfeder 34.4 ein Gesamt
element geschaffen, das eine gute Abstützung des Diffe
rentialkolbens gegen Federkraft am Gehäuse zur Verhinde
rung eines Öffnens bei inversem Druckanschluß mit einer
hervorragenden ständigen Reinigung der Steuerbohrung 31
verbindet. Auch die elektrische Verbindung des im
Steuerraum 28 vorhandenen Mediums mit dem Medium im
Druckraum 26 ist in der gleichen Weise sichergestellt
wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
Claims (4)
1. Eigenmediumgesteuertes, durch ein vorzugsweise elek
tromagnetisch betätigtes Steuerventil auslösbares Ven
til, mit einem im Ventilgehäuse bewegbar angeordneten,
den Ventilteller tragenden Differentialkolben, an dessen
einer Seite ein mit dem Ventilzufluß verbundener Druck
raum angeordnet ist, der über einen, dem Ventilteller
gegenüberliegenden Ventilsitz mit dem Ventilauslaß
verbunden ist und an dessen anderer Seite ein Steuerraum
angeordnet ist, der über eine mittig im Differentialkol
ben angeordnete, durch den Steuerventilteller ver
schließbare Entlastungsbohrung mit dem Ventilauslaß und
über eine außermittig im Differentialkolben angeordnete
Steuerbohrung mit dem Druckraum verbunden ist, wobei in
die Steuerbohrung ein mit dem Ventilgehäuse fest verbun
dener Stift hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stift Teil eines aus Draht geformten Federelementes (14,
34) ist, das in den Steuerraum (8, 28) eingesetzt ist
und dessen Ausbildung und Anordnung so ist, daß es sich
mit einem ersten Längenabschnitt (14.1, 34.1) an der dem
Steuerraum zugekehrten Seite des Differentialkol
bens (2, 22) und mit einem zweiten, sich an den ersten
anschließenden Längenabschnitt (14.2, 34.2), an der dem
Differentialkolben (8, 28) gegenüberliegenden Innenwand
des Steuerraumes abstützt, während ein dritter, sich an
den zweiten anschließender Längenabschnitt (14.3, 34.3)
durch die Steuerbohrung (11, 31) hindurch in den Druck
raum (6, 26) hineingeführt ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der in den Druckraum (6, 26) hineinragende dritte Ab
schnitt (14.3, 34.3) des Federelementes (14, 34) an
seinem äußersten Ende eine hakenförmige Umbiegung (14.7,
34.7) aufweist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die drei Längenabschnitte (14.1-14.2-14.3) im
wesentlichen geradlinig ausgebildet und durch gekrümmte
Zwischenabschnitte (14.5-14.6) miteinander verbunden
sind, derart, daß der erste Längenabschnitt (14.1) auf
der Oberfläche des Differentialkolbens (2) aufliegt, der
zweite Längenabschnitt (14.2) unter einem Winkel zwi
schen der Oberfläche des Differentialkolbens (2) und der
Innenfläche des Steuerraumes (8) verläuft und sich mit
seinem Ende an dieser Innenfläche abstützt und der
dritte Längenabschnitt (14.3) senkrecht zu dieser Innen
fläche durch die Steuerbohrung (11) geführt ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Federelement (34) Teil einer
Schraubendruckfeder (34.4) ist, mittels der sich der
Differentialkolben (22) am Ventilgehäuse abstützt und an
deren sich am Differentialkolben (22) abstützender
Endwindung es einstückig angeformt ist.
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