DE4308678B4

DE4308678B4 - Ventil mit einer Verstelleinrichtung für das Ventilglied

Info

Publication number: DE4308678B4
Application number: DE19934308678
Authority: DE
Inventors: Joseph W. Baker
Original assignee: Automatic Switch Co
Current assignee: Automatic Switch Co
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: AU3525893A; GB2265205B; DE4308678A1; AU654460B2; CA2092686A1; US5205323A; FR2688854B1; IT1261276B; GB2265205A; MX9301461A; GB9305334D0; JPH06207677A; NL9300479A; ITTO930181A0; ITTO930181A1; BE1006315A5; FR2688854A1

Abstract

Ventil mit einem in einer Ventilkammer eines Ventilgehäuses verstellbaren Ventilglied zur Steuerung der Fluidzu- und Fluidabströmung in bzw. aus der Ventilkammer und mit einer Verstellvorrichtung für die Verstellung des Ventilgliedes, die Federn mit unterschiedlicher Federhärte einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass bei an sich bekannter Zuordnung des Ventilgliedes (50) zu zwei Öffnungen (43, 44) von insgesamt drei Öffnungen (42, 43, 44), die beide bezüglich der Ventilkammer (49) für Fluid gleicher Strömungsrichtung bestimmt und durch das Ventilglied (50) im Wechsel freizugeben und zu sperren sind, während die dritte Öffnung (42) für Fluid entgegengesetzter Strömungsrichtung bestimmt ist, die Verstelleinrichtung (58-68) die beiden Federn (61,68) in der Weise einschließt, dass die härtere Feder (68) der weicheren Feder (61) entgegenwirkt, um das Ventilglied (50) in seine eine Endstellung zum Schließen einer Öffnung (43 bzw. 44) der beiden Öffnungen (43, 44) und zum Freigeben der anderen Öffnung (44 bzw. 43) zu bringen, während die weichere der beiden...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile, die ein Ventilglied aufweisen, das unter dem Einfluß einer Ventilverstelleinrichtung zwischen zwei zeitweise stationären Endstellungen zu verstellen ist. Die Erfindung ist insbesondere bei Dreiwegeventilen anwendbar, bei denen das Ventilglied in jeder seiner beiden zeitweise stationären Endpositionen wechselweise eine von zwei Auslaßöffnungen verschließt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein Ventil beschrieben, wie es in der US 5,027,857 dargestellt und beschrieben ist. Das dort erläuterte Ventil ist ein Dreiwegeventil, von dessen Öffnungen eine Öffnung eine Fluideinlaßöffnung ist und zwei Öffnungen Fluidauslaßöffnungen sind. Das Ventil schließt ein verstellbares Ventilglied ein, das zwischen zwei zeitweise stationären Endstellungen schwenkbar ist, wobei es in jeder Endstellung im Wechsel eine der beiden Auslaßöffnungen verschließt., während die Einlaßöffnung ständig geöffnet bleibt.

Eine Ventilgliedverstelleinrichtung verstellt das Ventilglied zwischen seinen beiden zeitweise stationären Endstellungen. Die Ventilgliedverstelleinrichtung schließt eine Pendeleinrichtung ein, die zwischen zwei Endstellungen in einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch verstellbar ist. Diese Endstellungen entsprechen den zeitweise stationären Endstellungen des Ventilglieds. Eine Druckfeder wirkt ständig auf die Pendeleinrichtung in einer Richtung, um das Ventilglied zu veranlassen, die eine Auslaßöffnung geschlossen, die andere geöffnet zu halten. Eine elektromagnetische Stelleinrichtung (Solenoid) veranlaßt die Pendeleinrichtung, sich entgegen der Federwirkung zu verstellen, um so das Ventilglied in die andere seiner beiden zeitweise stationären Endstellungen zu schwenken, in der sie die bis dahin offene Auslaßöffnung schließt und die bis dahin verschlossene Auslaßöffnung freigibt bzw. öffnet.

Die elektromagnetische Stelleinrichtung weist in einer Magnetspule ein stationäres Bauteil als Anschlag für ein verstellbares Teil auf, wobei das verstellbare Teil am Anschlag in Anlage zu bringen oder vom Anschlag zu entfernen ist. Wird bei dem Ventil gemäß dem vorgenannten Patent die Magnetspule erregt, so wird das verstellbare Teil auf den Anschlag hin bewegt, um schließlich an ihm nahezu in Anlage zu kommen, wobei die Pendeleinrichtung dieser Bewegung folgt, um dabei das Ventilglied in eine seiner beiden zeitweise stationären Endstellungen zu bringen. Die Bewegung des verstellbaren Teils endet kurz ehe dieses am Anschlag in Anlage kommt. Ein unmittelbarer Kontakt zwischen verstellbarem Teil und Anschlag darf nicht zustandekommen, weil bei unmittelbarem Kontakt zwischen verstellbarem Teil und Anschlag kein einwandfreies Verschließen der jeweiligen Auslaßöffnung durch das Ventilglied gewährleistet werden könnte. Mit nur einem schmalen Spalt zwischen Anschlag und verstellbarem Teil wird das verstellbare Teil mit so großer Kraft gegen den Anschlag gezogen, daß das Ventilglied mit großer Kraft gegen den Sitz der jeweiligen Auslaßöffnung gepreßt wird. Dieser hohe Anpreßdruck wirkt jedoch auf das gummiartige Material des Ventilgliedes dessen Lebensdauer verkürzend.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesem Problem dadurch zu begegnen, daß das bekannte Ventil in der Weise weiter verbessert wird, daß die auf das Ventilglied einwirkende Schließkraft ausreicht, um das Ventilglied zuverlässig am jeweiligen Ventilsitz in Anlage zu halten, jedoch hierzu so viel geringer sein muß, daß die Lebensdauer des gummiartigen Teils des Ventilgliedes nicht wesentlich beeinträchtigt ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Ventil mit einer elektromagnetischen Stelleinrichtung zu betätigen, jedoch das verstellbare Teil der elektromagnetischen Stelleinrichtung nicht unmittelbar mit dem Ventilglied in einer der zeitweise stationären Endstellungen zusammenwirken zu lassen.

Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, ein vorausgesetztes Ventil so weiter auszubilden, daß Federn zum Schwenken des Ventilgliedes verwendet werden, um dieses zwischen seine beiden zeitweise stationären Endstellungen verwenden zu können und das Ventilglied in seiner jeweiligen Endstellung halten zu können.

Es ist schließlich eine Aufgabe der Erfindung, das Ventil so weiter auszubilden, daß bei erregter Spule der elektromagnetischen Stelleinrichtung ein unmittelbarer Kontakt zwischen verstellbarem Teil und Anschlag möglich ist und kein Luftspalt zwischen beiden Teilen eingehalten werden muß.

Weitere mit der Erfindung gelöste Aufgaben und die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Mittellängsschnitt durch das Ventil gemäß der Erfindung bei erregter Wicklung der elektromagnetischen Stelleinrichtung und
2 die Anordnung gemäß 1 in gleicher Darstellung, wobei jedoch die Wicklung der elektromagnetischen Stelleinrichtung entregt ist.
Das zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung ausgewählte Ventil schließt ein Ventilgehäuse 38 ein, daß eine zylindrische Bohrung 39 umschließt. Eine Kappe 40 ist dem Ventilgehäuse 38 mittels nicht dargestellter Gewindebolzen zugeordnet, die durch Bolzenlöcher in der Kappe hindurchgeführt und in Gewindelöcher des Ventilgehäuses 38 eingeschraubt sind.
Die Kappe 40 umschließt eine Einlaßöffnung 42 für den Einlaß eines unter Druck stehenden Fluids sowie zwei Auslaßöffnungen 43 und 44. Das innere Ende der Öffnung 43 ist von einem Ventilsitz 45 umgeben und das innere Ende der Auslaßöffnung 44 ist von einem Ventilsitz 46 umgeben.
Alle drei Öffnungen münden in eine Ventilkammer 49 zwischen Ventilgehäuse 38 und Kappe 40. Innerhalb der Ventilkammer 49 ist ein Ventilglied 50 angeordnet, das schwenkbar um die Längsachse einer Welle 51 dieser Welle zugeordnet ist, die senkrecht zur Längsachse des Zylinders 39 gerichtet ist. Das Ventilglied 50 schließt einen Kernkörper 52 aus starrem Material ein, der von einem elastisch verformbaren, gummiartigen Material umschlossen ist.
Der Kernkörper 52 ist am Außenumfang von einer ringförmigen Dichtlippe 56 aus elastisch verformbaren Material umgeben, die sich im Bereich zwischen Kernkörper 52 und Ventilgehäuse 38 radial gerichtet erstreckt. Die Dichtlippe 56 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Umhüllung 53 des Kernkörpers 52 und einstückig mit dieser Umhüllung 53 ausgeführt. Der in radialer Richtung äußere Rand 57 der Dichtlippe 56 ist fluiddicht zwischen Ventilgehäuse 38 und Kappe 40 eingespannt.
Die Ventilgliedverstelleinrichtung zur Umstellung des Ventils schließt eine Pendeleinrichtung 58 ein, die in der Längsrichtung des vom Ventilgehäuse 38 umschlossenen Zylinders 39 verstellbar ist. Die Pendeleinrichtung 58 ist im wesentlichen ein hin- und hergehender Kolben, der eine Querbohrung 59 aufweist, die einen starren Zapfen 60 aufnimmt, der radial nach außen gerichtet dem Kernkörper 52 des Ventilstellgliedes 50 zugeordnet ist. Durch das Zusammenwirken von Bohrung 59 und Zapfen 60 werden translatorische, d.h. längsgerichtete hin- und hergehende Pendelbewegungen der Pendeleinrichtung bzw. des oszillierenden Kolbens 58 in Schwenk- bzw. Verstellbewegungen des Ventilgliedes 50 umgewandelt.
Innerhalb des Zylinders 39 umgibt eine Druckfeder 61 einen Zapfen 62, der eine axiale Verlängerung des Kolbens der Pendeleinrichtung 58 ist. Mit ihrem einen Ende stützt sich die Feder 61 am Boden des Zylinders 39 ab, mit dem anderen Ende liegt sie in einem koaxialen Sackloch der Pendeleinrichtung 58 zwischen der Sacklochwand und dem Zapfen 62, wobei sie sich mit diesem anderen Ende am Boden der Sacklochbohrung abstützt. Die Feder 61 übt auf die Pendeleinrichtung 58 ständig eine in der Zeichnung nach rechts gerichtete Kraft aus.
Dem Ende des Ventilgehäuses 38, das der Feder 61 abgewandt ist, ist ein zylindrisches Gehäuse 71 zugeordnet, in dem eine Elektromagnet- bzw. Solenoidfeder 64 angeordnet ist, die ein axial sich erstreckendes Kernrohr 65 umgibt. Innerhalb des Kernrohrendes, das der Pendeleinrichtung 58 abgewandt ist, ist ein Widerlager 66 fest angeordnet. An dem Widerlager 66 stützt sich in seiner einen Endstellung ein bewegliches Verschiebeglied bzw. verstellbares Teil 67 des Elektromagneten ab, das im Kernrohr 65 axial gegenüber dem Widerlager 66 verschieblich ist. In einer Axialbohrung des Verschiebeglieds 67 ist eine Druckfeder 68 angeordnet, die sich mit ihrem einen Ende am Widerlager 66, mit dem anderen Ende am Boden der Sacklochbohrung abstützt. Die Feder 68 ist härter als die Feder 61 und vorzugsweise bringt die Feder 68 die doppelte Kraft der Feder 61 auf. Das bedeutet, die Federkraft, mit der die Feder 61 auf die Pendeleinrichtung 58 einwirkt, um den Kolben nach rechts in der Darstellung der 1 zu verstellen, ist halb so groß wie die Kraft der Feder 68, mit der diese die Pendeleinrichtung 67 nach links zu verstellen sucht.
Während des Betriebes ist die Einlaßöffnung 42 mit einer Druckfluidquelle verbunden, während die Auslaßöffnungen 43,44 mit der das Ventil umgebenden Atmosphäre verbunden sind bzw. einem Bereich, dem das Fluid zugeführt werden soll, das von einer Hochdruckquelle kommend durch die Einlaßöffnung 42 in die Ventilkammer 49 gelangt ist. Wird der Solenoid 64 erregt, so wird das Verschiebeglied 67 in Richtung auf das Widerlager 66 verstellt, bis es entgegen der Wirkung der Feder 68 an dem Widerlager 66 in Anlage kommt, wie es in 1 dargestellt ist. Hierauf kann die Feder 61 die Pendeleinrichtung 58 nach rechts verstellen, um dabei das Ventilglied 50 zum Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 46 zu bringen und die Auslaßöffnung 44 zu schließen. Gleichzeitig wird die bis dahin geschlossen gewesene Auslaßöffnung 43 geöffnet. Dabei ist zu beachten, daß in diesem Betriebszustand die Pendeleinrichtung 58 von dem Verschiebeglied 67 beabstandet ist, so daß weder Verschiebeglied 67 noch Feder 68 auf die Pendeleinrichtung einwirken.
Ist der Solenoid 64 entregt, so kann die Feder 68 das Verschiebeglied 67 nach links verstellen. Das Verschiebeglied 67 wirkt unverzüglich auf das Ende der Pendeleinrichtung 58 ein und verstellt die Pendeleinrichtung entgegen der Wirkung bzw. Federkraft der Feder 61 nach links und das Ventil hat die Betriebsstellung gemäß 2 eingenommen, in der das Ventilstellglied 50 mit dem Ventilsitz 45 zusammenwirkt, um die Auslaßöffnung 43 zu schliessen und die bis dahin geschlossen gewesene Auslaßöffnung 44 zu öffnen.
Ersichtlich dient in der Betriebsstellung gemäß 1 die einzige Kraft, die auf das Ventilglied 50 einwirkt, um ein Schließen der Auslaßöffnung 44 zu bewirken, die von der Feder 61 aufgebrachte Federkraft ist, während in der Betriebsstellung gemäß 2 die einzige Kraft, die auf das Ventilglied 50 einwirkt, um die Auslaßöffnung 43 zu schließen, die von der Feder 68 ausgehende Federkraft ist. In der Tat ist in letzterem Fall die auf das Ventilglied 50 einwirkende Kraft die von der Feder 68 tatsächlich aufgebrachte Kraft vermindert um die entgegengesetzt wirkend auf die Pendeleinrichtung 58 aufgebrachte, geringere Kraft der schwächeren Feder 61. Ist die von der Feder 68 aufgebrachte Federkraft doppelt so groß wie die von der Feder 61 aufgebrachte Kraft, so wirkt in beiden stabilen Endstellungen gemäß 1 und 2 auf das Ventilglied 50 die gleiche Federkraft. Der Grund hierfür ist, daß in der Betriebsstellung gemäß 1 nur die von der Feder 61 aufgebrachte Federkraft auf das Ventilglied einwirkt, während in der Betriebsstellung gemäß 2 die von der Feder 68 aufgebrachte Federkraft, verringert um die von der Feder 61 aufgebrachte Federkraft auf das Ventilglied einwirkt. Weil die von der Feder 68 aufgebrachte Federkraft doppelt so groß ist wie die von der Feder 61 aufgebrachte Federkraft, ist die auf das Ventilglied in seiner Stellung gemäß 2 einwirkende resultierende Federkraft gleich der Federkraft, die in der Betriebsstellung gemäß 1 von der Feder 61 aufgebracht wird und auf das Ventilglied einwirkt.
Es zeigt sich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die elektromechanische Verstellvorrichtung 64, 66, 67 nicht dazu verwendet wird, die Kraft aufzubringen, mit der das Ventilglied 50 in die eine bzw. andere seiner beiden stabilen Endstellungen gebracht wird. Stattdessen ist es Aufgabe der elektromechanischen bzw. elektromagnetischen Verstellvorrichtung, im gegebenen Fall der Feder 68 so entgegenzuwirken, daß die Pendeleinrichtung 58 unter dem Einfluß der Feder 61 die Verstellung des Ventilgliedes 50 in eine seiner stabilen Endstellungen bewirken kann.
Damit ist die Erfindung an einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft beschrieben, ohne daß die zur Erläuterung der Erfindung erläuterten Einzelheiten den Schutzumfang einschränken sollen.
Zusammenfassend können als wesentliche Merkmale der Erfindung wie folgt genannt werden.
Das erfindungsgemäße Ventil weist ein Ventilglied 50 auf, das zwischen zwei festen Endstellungen verstellbar ist.
Dem erfindungsgemäßen Ventil ist eine ebenfalls erfindungsgemäße Verstelleinrichtung 64, 66, 67 zugeordnet. Mit der Ventilgliedverstelleinrichtung ist das Ventilglied zwischen seinen beiden Endstellungen verschwenkbar und in jeder der beiden Endstellungen zu halten. Die Ventilgliedverstelleinrichtung weist eine Pendeleinrichtung 58 auf, die zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, die den beiden Endstellungen des Ventilgliedes entsprechen. Eine erste Feder 61 veranlaßt eine Bewegung der Pendeleinrichtung in Richtung der einen Endstellung und eine zweite, härtere Feder 68 veranlaßt eine Bewegung der Pendeleinrichtung in Richtung auf die zweite Endstellung, wobei Bewegungen der Pendeleinrichtung in beiden Verstellrichtungen auf das Ventilglied übertragen werden. Eine Vor richtung in der Art einer elektromechanischen Verstelleinrichtung bzw. eines Solenoids ist dazu vorgesehen, die zweite Feder zeitweise unwirksam zu machen, d.h. nicht auf die Pendeleinrichtung einwirken zu lassen. Hierdurch kann bei unwirksamer zweiter Feder die erste Feder das Ventilglied in eine seiner beiden festgelegten Endstellungen verstellen. Wirkt dagegen die Verstelleinrichtung nicht, so verstellt die zweite Feder das Ventilglied in die zweite seiner beiden festgelegten Endstellungen.

Claims

Ventil mit einem in einer Ventilkammer eines Ventilgehäuses verstellbaren Ventilglied zur Steuerung der Fluidzu- und Fluidabströmung in bzw. aus der Ventilkammer und mit einer Verstellvorrichtung für die Verstellung des Ventilgliedes, die Federn mit unterschiedlicher Federhärte einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass bei an sich bekannter Zuordnung des Ventilgliedes (50) zu zwei Öffnungen (43, 44) von insgesamt drei Öffnungen (42, 43, 44), die beide bezüglich der Ventilkammer (49) für Fluid gleicher Strömungsrichtung bestimmt und durch das Ventilglied (50) im Wechsel freizugeben und zu sperren sind, während die dritte Öffnung (42) für Fluid entgegengesetzter Strömungsrichtung bestimmt ist, die Verstelleinrichtung (58-68) die beiden Federn (61,68) in der Weise einschließt, dass die härtere Feder (68) der weicheren Feder (61) entgegenwirkt, um das Ventilglied (50) in seine eine Endstellung zum Schließen einer Öffnung (43 bzw. 44) der beiden Öffnungen (43, 44) und zum Freigeben der anderen Öffnung (44 bzw. 43) zu bringen, während die weichere der beiden Federn bei Sperren der Einwirkung der härteren Feder das Ventilglied in seine andere Endstellung zum Schließen der vorher offenen und zum Freigeben der vorher geschlossenen Öffnung bringt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federn (61, 68) unterschiedlicher Federhärten so relativ zueinander ausgelegt sind, dass sie in jeder der beiden Endstellungen des Ventigliedes (50) auf dieses gleiche Federkräfte zur Wirkung bringen.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federn (61 bzw. 68) einander entgegengesetzt derart wirken, dass die härtere Feder (68) zumindest etwa die doppelte Federkraft hat wie die weichere Feder (61).
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Sperren der Einwirkung der härteren Feder (68) innerhalb der Verstelleinrichtung keine Kraft ausübt, die die Federkraft der weicheren Feder übersteigt, unabhängig davon in welcher seiner beiden Endstellungen sich das Ventilglied (50) befindet.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Sperren der Einwirkung der härteren Feder (68) innerhalb der Verstelleinrichtung ein translatorisch in einander entgegengesetzten Richtungen verstellbares Verstellbauteil (58) einscließt, das in einer Position die härtere Feder (68) an der Wirkung innerhalb der Verstelleinrichtung hindert.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Sperren der Einwirkung der härteren Feder (68) innerhalb der Verstelleinrichtung eine elektromagnetische Stelleinrichtung (64, 66, 67) einschließt, deren verstellbares Teil (67) innerhalb einer Wicklung (64) zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, in die es durch Erregen bzw. Entregen der Stelleinrichtung zu bringen ist, wobei die beiden Endstellungen des verstellbaren Teils (67) der Verstelleinrichtung den Endstellungen des Ventilglieds (50) entsprechen, wobei dieses verstellbare Teil (67) die Wirkung der härteren Feder (68) verhindert, wenn das verstellbare Teil (67) der Stelleinrichtung sich in der einen seiner beiden Endstellungen befindet, während dieses verstellbare Teil (67) die Wirkung der härteren Feder zuläßt, wenn es sich in seiner anderen Endstellung befindet.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Teil (b7) der elektromagnetischen Stelleinrichtung in seinen beiden Endstellungen an das translatorisch verstellbare Verstellbauteil (58) anzunähern oder von ihm zu entfernen ist, wobei die Einwirkung der härteren Feder (68) mittels des verstellbaren Teils auf das translatorisch verstellbare Teil zu übertragen ist, wenn sich das verstellbare Teil in der einen seiner beiden Endstellungen befindet, während die Einwirkung der härteren Feder (68) auf das Verstellbauteil (58) verhindert wird, wenn sich das verstellbare Teil (67) in seiner anderen Endstellung befindet.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Teil (67) der elektromagnetischen Stelleinrichtung von dem Verstellbauteil (58) beabstandet ist, wenn es sich in seiner einen Endstellung befindet, während es an dem Verstellbauteil (58) anliegt und einwirkt, wenn es sich in seiner anderen Endstellung befindet.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (50) in der einen seiner beiden Endstellungen am Ventilsitz der einen der beiden Öffnungen (43,44) mit gleicher Strömungsrichtung allein durch die Federkraft der weicheren Feder (61), in der anderen seiner beiden Endstellungen am Ventilsitz der anderen der beiden Öffnungen mit gleicher Strömungsrichtung allein durch die Federkraft der härteren Feder (68) in Schließstellung gehalten ist.
Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft, mit der das Ventilglied (50) am Ventilsitz der anderen der beiden Öffnungen mit gleicher Strömungsrichtung in Schließstellung gehalten ist, die Differenzkraft zwischen den auf die Pendeleinrichtung (58) einwirkenden Federkräfte von weicher und härterer Feder (61,68) ist.