DE4220967C2 - Ventil - Google Patents
VentilInfo
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- DE4220967C2 DE4220967C2 DE19924220967 DE4220967A DE4220967C2 DE 4220967 C2 DE4220967 C2 DE 4220967C2 DE 19924220967 DE19924220967 DE 19924220967 DE 4220967 A DE4220967 A DE 4220967A DE 4220967 C2 DE4220967 C2 DE 4220967C2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
- F16K37/0025—Electrical or magnetic means
- F16K37/0041—Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil mit innerhalb eines Ventilgehäuses
angeordneten Ventilstößel-betätigten Ventiltellern, die im
geschlossenen Zustand auf Ventilsitzen aufliegen, sowie mit Mitteln zur
Erfassung der Ventilstößelpositionen.
Ein Ventil, bei dem Mittel zur Erfassung der Ventilstößelpositionen
eingesetzt werden, ist aus der DE-OS 29 42 900 bekannt. Hierbei ist
vorgesehen, daß der Ventilstößel bzw. die Ventilstange, die den
Ventilteller vom Ventilsitz abhebt oder auf denselben schließt, mit
einem Stellungsgeber versehen ist und die Position des Ventilstößels
über einen Stellungsmelder ermittelt werden kann. Hierüber läßt sich der
Öffnungsgrad des Ventiles, je nachdem in welcher Weise, d. h.
magnetisch, optisch usw. die Ventilstößelpositionen ermittelt werden,
mehr oder weniger genau bestimmen. Dieses Prinzip stellt sich für den
Fall, daß die Position eines einzigen Ventilstößels ermittelt werden
soll, noch relativ einfach dar. Von diesem Bekannten ausgehend ergibt
sich, daß bei der Verwendung von mehreren Ventilstößeln innerhalb eines
Ventiles bzw. Ventilgehäuses für jeden einzelnen Ventilstößel jeweils
ein Melder und ein Geber vorgesehen sein muß. Dies kann je nach
Ventilart bei der Notwendigkeit der Anordnung mehrerer Stellungsmelder
zu einem erheblichen konstruktiven Aufwand führen.
Eine Möglichkeit zur Verminderung der Anzahl der erforderlichen Stellungsmelder geht z. B.
aus der BB 1 422 054 hervor, wo zwischen zwei fluchtend einander gegenüberliegenden
Ventilen ein einziger gemeinsamer mechanischer Stellungsmelder angeordnet ist.
Nachteilig ist hierbei jedoch, daß der Stellungsmelder nur diskrete Stellungen der
Ventilstößel erfassen kann und somit für den Einsatz bei einem Stetigventil ungeeignet ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, bei einer Mehrzahl von Ventilstößeln die Anzahl der
Stellungsmelder zu minimieren und somit den konstruktiven Aufwand auf
ein Mindestmaß zu beschränken.
Die gestellte Aufgabe wird hinsichtlich eines entsprechend
ausgestalteten Ventiles erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben. Gemäß der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung ergibt sich die
Lösung der Aufgabe aus der Kombination der Ausbildung eines
3/3-Wegeventiles mit zwei mechanisch unabhängigen Ventilstößeln und die
Anordnung der Ventilstößel derart, daß sie auf einer gemeinsamen Achse
fluchten und über einen definierten Luftspalt zueinander beabstandet
sind, wobei nahe dem Luftspalt in symmetrischer Ausrichtung bezüglich
den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Ventilstößel dann ein
gemeinsamer Sensor angeordnet ist. Erst die Kombination dieser Merkmale
ergibt im Ergebnis, daß man nicht etwa bei zwei Ventilstößeln zwei
Sensoren benötigt, sondern daß bei entsprechender geometrischer
Anordnung ein einziger Sensor zur Registrierung der Ventilstößelbewegung
beider Ventilstößel ausreicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind
die Ventilsitze so angeordnet, daß die Öffnungshubrichtungen der beiden
Ventilstößel gegensinnig zueinander verlaufen. Der Luftspalt zwischen
den beiden Ventilstößeln ist dann dabei so bemessen, daß die Nennwelten
bzw. Öffnungsquerschnitte unter Freigabe des vollen
Öffnungsquerschnittes den Luftspalt so bemessen, daß das Ventil unter
Bildung einer Exklusiv-ODER-Funktion betätigbar ist. Das heißt, der
Luftspalt ist so bemessen, daß immer nur eines der beiden Ventilstößel
unter Freigabe des vollen Öffnungsquerschnittes betätigbar ist. In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Mittel zur Erfassung der
Ventilstößelpositionen magnetische Mittel derart, daß im Bereich der
sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Ventilstößel Permanentmagnete
angeordnet sind und der Positionssensor aus einem Magnetfeldsensor
besteht. Vorteilhaft ist es außerdem, daß die sich gegenüberliegenden
Polflachen der Permanentmagnete gegensinnig zueinander polarisiert
sind.
Der gestellten Aufgabe in besonders wirkungsvoller Weise mit dem
erfindungsgemaß vorgeschlagenen Ventil zu genügen, gibt die Erfindung
vor, daß der Sensorausgangswert, der in der
Ruheposition beider Ventilstößel aufgenommen ist, quasi als gedachter
Nullpunkt bzw. Referenzpunkt festgelegt wird und daß bei Betrieb des
Ventils Betrag und Vorzeichen des Sensorausgangswertes als
Entscheidungsparameter welches der Ventilstößel mit welchem Öffnungsgrad betätigt ist, bewertet wird. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung des Ventiles können nun mit einem einzigen gemeinsamen Sensor die Ventilstößelpositionen beider Ventile erfaßt werden, unter der Bedingung, daß es sich - wie vorgegeben - um ein 3/3-Wegeventil handelt mit der Erfüllung der Exklusiv-ODER-Betätigungsfunktion. Durch die Möglichkeit, den Null- bzw. Referenzpunkt des Sensorausgangswertes bei Ruhelage beider Ventilstößel beliebig oft neu festzulegen, ergibt sich der Vorteil, das Ventil immer wieder neu eichen zu können. Die Erfindung ermöglicht außerdem, daß die Sensorausgangswerte derart auf die Ventilstößelbetätigung zurückgeführt werden können, daß eine stetige Ventilstößelfunktion möglich ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß das 3/3-Wegeventil nicht nur reine Schaltfunktion in Exklusiv-ODER vorweist, sondern daß es sich um ein Proportionalventil mit Exklusiv-ODER-Betätigungsfunktion handelt. Das heißt, die Öffnungsquerschnitte können stetig eingestellt und geregelt werden, wodurch der Durchfluß stetig einstellbar ist.
Entscheidungsparameter welches der Ventilstößel mit welchem Öffnungsgrad betätigt ist, bewertet wird. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung des Ventiles können nun mit einem einzigen gemeinsamen Sensor die Ventilstößelpositionen beider Ventile erfaßt werden, unter der Bedingung, daß es sich - wie vorgegeben - um ein 3/3-Wegeventil handelt mit der Erfüllung der Exklusiv-ODER-Betätigungsfunktion. Durch die Möglichkeit, den Null- bzw. Referenzpunkt des Sensorausgangswertes bei Ruhelage beider Ventilstößel beliebig oft neu festzulegen, ergibt sich der Vorteil, das Ventil immer wieder neu eichen zu können. Die Erfindung ermöglicht außerdem, daß die Sensorausgangswerte derart auf die Ventilstößelbetätigung zurückgeführt werden können, daß eine stetige Ventilstößelfunktion möglich ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß das 3/3-Wegeventil nicht nur reine Schaltfunktion in Exklusiv-ODER vorweist, sondern daß es sich um ein Proportionalventil mit Exklusiv-ODER-Betätigungsfunktion handelt. Das heißt, die Öffnungsquerschnitte können stetig eingestellt und geregelt werden, wodurch der Durchfluß stetig einstellbar ist.
Die vorliegende Erfindung hat damit die Schwierigkeit überwunden, daß
die Ermittlung zweier unabhängiger Ventilstößel-Bewegungen durch einen
einzigen Sensor im allgemeinen unbestimmt sind. Die genaue Anordnung der
Ventilstößel mit Luftspalt und entsprechender Anordnung des Sensors
sowie das darauf abgestimmte Betriebsverfahren überwinden diese
Schwierigkeit, indem entsprechend der geometrischen Anordnung nun der
ermittelte Sensorausgangswert auch zwei Informationen liefert, die dann
berücksichtigt werden, nämlich
- a) welcher Ventilstößel betätigt und
- b) mit welchem Öffnungsquerschnitt der entsprechende Ventilstößel betätigt ist.
Besonders wichtig ist dabei diejenige Maßnahme, die vorsieht, daß der
Sensorausgangswert, der bei Ruhelage beider Ventilstößel in
Schließposition der Ventilteller ermittelt wird, als Ausgangswert
elektronisch festgelegt wird.
Ein Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sowie die Erläuterung des
Verfahrens erfolgt anhand der nachfolgenden Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 Teilschnitt durch Ventil mit zwei unabhängigen Ventilstößeln
und gemeinsamem Sensor,
Fig. 2 Sensorausgangswert in Abhängigkeit der
Ventilstößelpositionen.
Fig. 1 zeigt einen Teilausschnitt aus einem gemäß einer
Ausgestaltungsmöglichkeit ausgebildeten Ventil. Das Wesen der Erfindung
spiegelt sich hierbei in der entsprechend geometrischen Position aller
konstruktiven Elemente zueinander wider. Hierbei kann man sich das
gesamte Ventil, welches in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist,
nun in ein Teilventil X und ein Teilventil Y unterteilt vorstellen.
Hierbei ergeben sich somit zwei mechanisch voneinander unabhängige
Ventilstößel 1 und 2, wobei jeder Ventilstößel einen Ventilteller 3 bzw.
4 enthält, der auf einem entsprechenden Ventilsitz 5 bzw. 6 angeordnet
ist. Die Ventilsitze 5, 6 sind zueinander so ausgerichtet, daß die
Betätigungsrichtungen zum Öffnen der Teilventile X, Y gegensinnig
zueinander verlaufen. Das heißt, zur Öffnung des Teilventiles Y muß sich
der Ventilstößel 2 nach oben bewegen und zum Öffnen des Teilventiles X
muß sich der entsprechende Ventilstößel 1 nach unten bewegen. Im Bereich
der Stirnflächen der beiden Ventilstößel 1, 2 sind in diesem Falle
Permanentmagnete 9 angeordnet, die hierbei in den Stößel eingelassen
sind und gleichzeitig die sich gegenüberliegenden Stirnflächen der
beiden Ventilstößel 1, 2 ausmachen. Die Polachsen der beiden
Permanentmagnete sind dabei parallel, wobei die Polflächen, die sich
gegenüberliegen, gegensinnig polarisiert sind, so daß sich
Magnetfeldlinien zwischen den Stirnflachen der beiden Ventilstößel
ausbilden, die in diesem Bereich konvergenten statt divergenten
Charakter haben. Das heißt, die Feldlinien sind in diesem Falle nicht
abstoßender, sondern anziehender Art. Der Sensor 8 ist gesehen in
der Ruheposition beider Ventilstößel 1, 2 (d. h. beide Teilventile X, Y
geschlossen) genau mittig dazu von der Seite herangeführt. Dieses
konstruktive Merkmal ist deshalb wichtig, um letztendlich den
Nullabgleich bzw. die Festlegung desjenigen Ausgangswertes des
Feldsensors von da ab die Ventilstößelbetätigungen bzw. Positionen
erfaßt werden sollen, zu ermöglichen und daß letztendlich auch der
Verlauf der Sensorausgangswerte mathematisch punktsymmetrisch zum
abgeglichenen Nullpunkt verläuft und somit eine gleichwertige Bewertung
der Ventilstößelposition sowohl des Teilventiles X als auch des
Teilventiles V möglich ist. Zum Fernhalten sämtlicher Störwirkungen
magnetischer Art, die eine solch feinfühlige Meßmethode negativ
beeinflussen könnten, ist in dem Raum A innerhalb des Gehäuses, der in
den Arbeitsanschluß des Ventiles mündet, zwischen den Ventilsitzen ein
Hohlzylinder 10 angeordnet, der Magnetfeld-abschirmende Wirkung hat und
daher aus einem entsprechenden elektrisch leitfähigen Material besteht.
Fig. 2 zeigt
den funktionalen Zusammenhang des Sensorausgangssignales in Abhängigkeit der
Ventilstößelpositionen h. Befinden sich beide Ventilstößel 1, 2 in Ruhe,
das entspricht hier dem Wert h=0 auf der Abszisse, so ergibt sich am
Sensorausgang ein Signal endlichen Betrages. Dieser Betrag wird nun als
Ausgangswert für die Ruhelage beider Ventilstößel festgelegt, oder es
findet nun eine Verschiebung dieses Punktes durch elektronischen
Null-Punkt-Abgleich statt, wobei sich dann ein neues Koordinatensystem
ergibt, von dem aus nun die Bewertung der Ventilstößelpositionen
erfolgen kann. In diesem Beispiel ist jedoch der Weg gewählt, daß der
Wert des Sensorsignals bei h=0 Null festgelegt wird, ohne diesen Punkt
bzw. diesen Sensorausgangswert elektronisch zu Null abzugleichen. Wird
nun das Teilventil X betätigt, so ergibt sich je nach Öffnungsgrad ein
Ausgangswert auf der Teilgeraden, die mit h1 bezeichnet ist, so daß aus
dem Betrag des Ausgangswertes der Öffnungsgrad des entsprechenden
Ventiles bestimmt werden kann. Wird das Teilventil Y geöffnet, so
ergeben sich je nach Öffnungsgrad Sensorausgangssignalwerte auf der
Teilgeraden h2. Aus deren Betrag kann dann wiederum der Öffnungsgrad des
Teilventiles 2 bestimmt werden. Rein theoretisch gibt es nun zwei
Vorgehensweisen, die im Ergebnis jedoch gleich sind. Die eine
Vorgehensweise wäre, daß man den Wert des Sensorausgangssignales bei
h=0 (beide Teilventile geschlossen) zu Null abgleicht, so daß sich
ergibt, daß das Vorzeichen der Werte auf der Teilgeraden h1 positiv und
das Vorzeichen auf der Teilgeraden h2 negativ ist. Hierbei würde sich
ergeben, daß die Bewertung des Vorzeichens des gerade gemessenen
Sensorsignales die Aussage darüber gibt, welches der beiden Ventilstößel
betätigt ist und eine Bewertung des Betrages des Sensorausgangssignales
dann die Information liefert, mit welchem Öffnungsgrad das gerade
betätigte Teilventil bzw. der gerade betätigten Ventilstößel geöffnet
ist.
Der eigentliche elektronische Nullpunktabgleich entfällt jedoch dann,
wenn der Sensor ohnehin immer nur positive Ausgangswerte liefert.
Hierbei muß dann nur der entsprechende Sensorausgangssignalwert bei h=0,
also bei beiden Teilventilen in geschlossener Position, ermittelt und
gegebenenfalls abgespeichert werden. Dann ergibt sich die Aussage,
welches der beiden Ventilstößel betätigt ist daraus, ob der ermittelte
Sensorsignalwert im Teilbereich oberhalb des entsprechenden
"Nullpunktes" oder unterhalb des entsprechenden "Nullpunktes" liegt.
Das heißt, daß man auch aus dem reinen Betrag des
Sensorausgangssignalwertes beide Informationen entnehmen kann, nämlich
welches Ventil geöffnet und mit welchem Öffnungsgrad es geöffnet ist.
Ganz wesentlich ist an dieser zweiten Vorgehenswelse noch, daß der
Anwender, der ein solches Ventil beispielsweise in einem umfangreichen
Prozeßleitsystem einsetzt, stets die Möglichkeit hat, diesen
"Nullpunkt" des Sensorausgangssignales stets, d. h. zu jeder Zeit neu
eichen zu können. Dieser so ermittelte Nullpunkt ist dabei
datentechnisch abgespeichert, so daß die ermittelten
Sensorausgangssignale immer im Relation zu diesem "Nullpunkt"
ausgewertet werden und somit stets die exakte Information über den
Öffnungsgrad des jeweils betätigten Teilventiles wiedergibt.
Grundsätzlich ist es auch möglich, daß die sich gegenüberliegenden
Polflächen der Permanente auch gleichsinnig polarisiert sind und damit
abstoßenden Charakter haben, jedoch ergibt sich eine solch glatte
Meßkurve wie sie in Fig. 2 dargestellt ist im wesentlichen nur, wenn
die zueinander gerichteten Polflächen gegensinnig polarisiert sind.
Im Ergebnis liefert die Erfindung insbesondere ein 3/3-Wegeventil als
stetig bzw. Proportionalventil, welches extrem feinfühlig geregelt
werden kann. Die Anwendung solcher feinfühlig geregelter
Proportionalventile ist vielfältig. Durch die Verwendbarkeit eines
einzigen gemeinsamen Sensors ergibt sich im Ergebnis außerdem eine
konstruktiv einfache und kostengünstige Bauform.
Claims (6)
1. Ventil mit innerhalb eines Ventilgehäuses angeordneten ventilstößelbetätigten
Ventiltellern, die im geschlossenen Zustand auf Ventilsitzen aufliegen sowie mit Mitteln
zur Erfassung der Ventilstößelpositionen, wobei zwei mechanisch voneinander unabhängige
und jeweils mit mindestens einem Ventilteller (3, 4) versehene Ventilstößel (1, 2) und
entsprechend jeweils mindestens ein Ventilsitz (5, 6) unter Bildung eines 3/3-Wegeventils
vorgesehen und die Ventilstößel (1, 2) sich auf einer gemeinsamen Achse fluchtend
gegenüberliegend und über einen Luftspalt beabstandet angeordnet sind, wobei seitlich
nahe dem Luftspalt in symmetrischer Ausrichtung bezüglich beider sich gegenüberliegender
Stirnflächen der Ventilstößel (1, 2) ein gemeinsamer, die Position beider Ventilstößel
berührungslos erfassender Magnetfeldsensor (8) angeordnet ist und die Ventilsteuerung und
die Ventilstößelbetätigung derart erfolgt daß das Ventil als Stetigventil betätigbar ist, und
wobei bei Exklusiv-ODER-Betätigungsfunktion der Ventilstößel, ausgehend von einem als
Referenzpunkt festgelegten Ausgangswert des Stellungssensors, welcher bei Ruheposition
beider Ventilstößel aufgenommen ist, der bei Betrieb des Ventils jeweils ermittelte
Ausgangswert des Stellungssensors zur Ermittlung, welcher der beiden Ventilstößel betätigt
ist und wie weit der entsprechende Ventilstößel betätigt ist, auswertbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilsitze (5, 6) so zueinander ausgerichtet angeordnet sind, daß die Öffnungs-
Hubrichtungen der beiden Ventilstößel (1, 2) gegensinnig zueinander verlaufen.
3. Ventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftspalt und die Nennweiten bzw. Öffnungsquerschnitte der Ventilsitze (5, 6) so
bemessen sind, daß jeweils nur einer der beiden Ventilstößel (1, 2) bei Freigabe des vollen
Öffnungsquerschnittes unter Bildung einer Exklusiv-ODER-Funktion betätigbar ist.
4. Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilstößel (1, 2) im Bereich ihrer sich gegenüberliegenden Stirnflächen mit
Permanentmagneten (9) versehen sind.
5. Ventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polachsen der Permanentmagnete (9) beider Ventilstößel (1, 2) zueinander parallel
ausgerichtet sind.
6. Ventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die sich gegenüberliegenden Polflächen der Permanentmagnete (9) gegensinnig
zueinander polarisiert sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924220967 DE4220967C2 (de) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | Ventil |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924220967 DE4220967C2 (de) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | Ventil |
Publications (2)
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DE4220967C2 true DE4220967C2 (de) | 1997-04-30 |
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ID=6461879
Family Applications (1)
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DE19924220967 Expired - Fee Related DE4220967C2 (de) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | Ventil |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (1)
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1992
- 1992-06-25 DE DE19924220967 patent/DE4220967C2/de not_active Expired - Fee Related
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