DE7323474U - Elektromagnetisch gesteuertes Ventil - Google Patents

Description

Elektromagnetisch gesteuertes Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf elclrtromagnetisch betätigte Leistungsventile, insbesondere für größere Kennquerschni^te bezw. .Pördermengen mit zwei koaxialen Kammarn, die über einen verschließbaren Durchlaß untereinander sowie mit mindestens je einem Anschlußstutzen leitend verbunden sind; mit zwei Verschlußgliedern, die einander zugeordnete Dichtflächen ( Teller-Düsen-Paarungen ) aufweisen, wobei das eine Verschlußglied senkrecht zu den Dichtflächen auf einem durch eine Antriebseinrichtung maximal bewirkbaren Schließhub .- zur Anlage an das ortsfeste Verschlußglied bewegbar ist, und mit einer elastischen Dichtung , die an einem ersten Verschlußglied die Bewegungsbahn der Dichtflächen kreuzend aufgenommen und beim Verschluß an die Dichtfläche des zweiten Verschlußgliedes anpreßbar ist, Bind als leckagefrei abdichtende Zwei- bezw. Drei-Wege-Ventile in einer Vielzahl von AusführungeXirmert sehr unterschiedlichen Aufwandes bekannt, die sich aus den für bestimmte Arbeitsbedingungen zweckmässigen Bauarten des Ventiles und des Elektromagneten ergeben.

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Bekanntlich übt der jeweils abzudichtende Differenzdruck beim Verschluß auf das bewegbare Glied eine zusätzliche Anpreßkraft aus, deren Größe durch die einseitig vom' ortsfesten Verechlußglied abgedeckten Fläche des bewegbaren bestimmt... ist. Da bei einem bewegbaren Teller die von der Düse abgedeckte Fläche dem Nennquerschnitt entspricht, wächst hier die relativ große zusätzliche Anpreßkraft proportional mit dem ^ennquerschnitt,,

Demgegenüber ist bei einem Rohrschieber bei gleichem Neimquerschnitt die zusätzliche Anpreßkraft sehr viel geringer, da nur eine druckabhängig schmale,ringförmige Fläche längs' des Umfanges der scharfkan-

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tigen Düse abgedeckt ist. Daher wächst hier die zusätz^e^Anpreßkraft nur proportional mjt dem Düsen-Umfang bezw₀ dem lichten Durchmesser des Kennquerschnittes. Dies gilt auch für die vom Reibungswiderstand verursachten Kraftkomponente , welcher durch die im Führungsspalt des Bohrschiebers erforderliche Gleitdichtung erzeugt wird.

Trotz der für größere Kennquerschnitte gegebenen Aufwandsverminderung haben die bekanngewordenen direkt elektromagnetisch betätigten Leistungsventile in der Praxis kaum und nur auf engbegrenzten Spezialgebieten Verwendung finden können,, zumal im Zuge der Automation die Anforderungen hinsichtlich höherer Drücke, Schal thäufigxeixer. und Schaltgeschwindigkeiten ( ( 10 000 S=h, Schaltztiten bis 70 ms herab) stetig stiegen. Deshalb haben sich Leistungsventile mit vom Differenz-

druck entlasteten Vollschiebern oder Doppelteller-Anordnungen durchgesetzt,, die wahlweise mit verschiedenen Antriebsmitteln von

Hand oder vorgesteuert von mit dem zu regelnden Medium selbst betätigten Antriebseinrichtungen schaltbar sind. Infolgedessen sinkt bei solchen ^eistungsventilen der Aufwand für die elektromagnetische Betätigung, da nur kleine Fördermengen zur Betätigung der Antriebseinrichtungen vorzusteuern sind. Jedoch sind solche indirekt elektromagnetisch betätigte Leistungsventile insgesamt hinsichtlich Raumbedarf, Gewicht und. gegebenenfalls der Abstandeinstellung der beiden

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entgegengesetzt beaufschlagten Teller auf eine leckagefreie Abdichtung

der zugeordneten ortfesten Düsen relativ sehr aufwendig.

Bekannt sind zur Vorsteuerung solcher Ventile sehr einfache, direkt elektromagnetisch betätigte Ventile, bei denen der Magnetanker innerhalb der Spule in einem nach aussen verschloßenen und mit dem zu steuernden Medium gefüllten ^ernrohr bewegbar ist und an der vorderen Stirnfläche nur noch eine elastische Dichtung als bewegbares Verechlußglied haltert. Infolge der geringen zu bewegenden Massen und Abmessungen können solche Ventile zwar mit hohen Schalthäufigkeiten und Geschwindigkeiten sowie Differenzdrücken betrieben werden, jedoch verursachen letztere einen hohen Verschleiß· der elastischen Dichtungen durch hämmernde Kerbschlag-Beanspruchungen durch die scharfkantige Düse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde wenig aufwendige fernbetätigte Leistungsventile für flüssige und gasförmige Medien zu schaffen, bei denen mit einem Minimum an gegebenen aktiven elektromagnetischen Materials größtmögliche Nennquerschnitte unabhängig von der Richtung u.Größe des Differenzdruckes direkt elektromagnetisch schaltbar sind.

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Die Lösung ist durch die Kombination der beiden Merkmale gekennzeichnet

a) daß der Magnetanker innerhalb der Spule in einem nach außen verschloßenem und mit dem zu steuernden ^edium gefüllten Kernrohr bewegbar ist;

b) c*aß das bewegbare Verschlußglied als Rohrschieber ausgebildet und über Kuppelglieder mit dem- Magnetanker zu einer zwangsläufig bewegbaren Verschluß-Einheit, mit einer Gleitdichtung im Führungsspalt,verbunden ist, wobei alle Glieder der bewegbaren Verschluß-Einheit mindestens eine diese durchdringende zentrale Axial-Ausnehmung aufweisen.

Durch das Merkmal a) wird eine optimale Anpaßung der Zugkraft-Weg-Charakteristik des Elektromagneten an die für eine Ventilbetätigung erforderliche bewirkt, da bei einem Magnetanker, der innerhalb der Spule in einem Kernrohr bewegbar ist, eine konstante Zugkraft über einen größeren Ankerhub, als für den Schli&hub des zugeordneten maximalen Nennquerschnittes erforderlich ist, mit einem Minimum

an aktiven Material insbesondere des Magnetankers erzielbar ist. I

Durch das Merkmal b) wird bewirkt, daß die Flächenpreßung zwischen dar elastischen Dichtung und der scharfkantigen Düsenmündung auf einen sehr niedrigen, praktisch konstanten und zur leckagefreien Abdichtung des Differenzdruckes Null erforderlichen Wert begrenzbar ist. Infolgedessen wird sowohl der Verschluß als auch der Verschleiß der Dichtungen von der Richtung und Größe des jeweils abzudichtenden

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Differenzdruckes unabhängig. Daher kann der infolge der geringen
konstanten zusätzlichen Anpreßkraft ersparte Anteil der Zugkraft des
Elektromagneten entweder zur Erhöhurigrder Anfangsbeschleunigung und
damit der Schaltgeschwindigkeit und Schalthäufigkeit oder bei deren
Konstanthaltung zur Vergrößerung der mit dem gegebenen Magneten
bewegten Masse und damit des maximal schaltbaren Nennquerschnittes
ausgenutzt werden. ·

Im ersten Falle ist ein direkt elektromagnetisch schaltbares Leistungsventil mit einer bewegbaren Verschluß-Einheit ausführbar, bei _f. der der Magnetanker, die Kuppelglieder und das bewegbare Verschlußglied zu einem Rohrkörper einheitlichen und dem lichten Durchmesser | der IKisenmündung gleichen Aussendurchmessers zusammengefaßt sind, | wobei der mit einea? . 04-Ring-Gleitdichtung im Führungsspalt abgedichtete| Rohrkörper im Kernrohr geführt bewegbar ist untam heraustretenden |

Ende eine die Bwegungsbahn der Dichtflächen kreuzende elastische I

I Ringdichtung in einer Radialnut haltert. |

Diese Bauart bietet den Vorteil sehr einfache, wenig aufwendige Lei- -|

stungsventile mit dem gleichen, in Großserien für Vora.teuer-Ventile i hergestellten Elektromagneten ausführen zu können, die bei gleioh j

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hohen Schaltgeschwindigkeiten etwa doppelt so große Nennquerschnitte \ als die Vcsteuer-Teller- entile schalten und zusätzlich die Vorteile

der Unabhängigkeit von der Richtung des Differenzdruckes und des

geringeren mechanischen Verschleißes der elastischen Dichtungen aufweisen. Zusätzlich kann die Schaltgeschwindigkeit über den lichten
Durchmesser der zentralen Axial-Ausnehmung beeinflußt werden.

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Im zweiten Falle weist das Ventil eine bewegbare Verschluß-Einheit mit einem als Verbundrohr ausgebildeten Kuppelglied auf, welohe als Einheit in die Führungs-bezw. Bewegungsspalte des Ventilkörpers und des Kernrohres einschiebbar und mit einem die Trennwand in einem durch einen O-Bing gedichteten Führungsspalt durchdringenden Rohrschieberglied versehen ist, dessen Düsenmündung mittels Durchläße in der Rohrwandung mit dem Medium aus der einen Kammer beaufschlagbar u'nd durch das innerhalb der anderen Kammer angeordnete, ortsfeste Verschlußglied verschließbar ist.

Bei dieser zweiten Bauart können mit dem gleichen Elektromagneten noch wesentlich größere Nennquerschnitte , insbesondere bei niedrigeren Drücken geschaltet werden, wobei infolge des durch die Wanddurchläße im Rohrschieberglied vermiedenen Schließ-Soges auch niedrigere Schließgeschwindigkeiten, z.B. zur Verhinderung von Wasserschlägen, erzielbar sind. Solche Leistungsventile können daher als Zwei-Wege-Ventile für flüßige und gasförmige Medien andere Ausführungsarten, z.B. mit verschleißanfälligeren Membran-Verschlüßen oder -Dichtung vorteilhaft ersetzen und insbesondere dort verwendet werden, wo die direkte elektromagnetische Betätigung technJEch-wirtschaftlich zweckmäßiger als die indirekte über eine elektromagnetisch vorgesteuerte Betätigung.

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Die Erfindung ist in den Abbildungen an je einer Ausführung beider Bauarten beispielsweise erläutert und zwar zeigt

Fig. 1 ein Leietungsventil größtmöglichen Kennquerschnittes, dessen bewegbare Verschluß-Einheit die Trennwand zwischen den KammeriH durchdringt,

Pig. 2 ein Leistungsvipntil, dessen bewegbare Verschluß-Einheit als Rohrkörper einheitlichen Außendurchmessers ausgebildet ist.

In beiden Abbildungen sind rechts und links der Mittelachse A-A verschiedene Einzelelemente in unterschiedlichen Formen dargestellt, um die mit den speziellen Ausführungsformen sich ergebenden Vorteile für die erfindungsgemäße Bauart darlegen zu können.

Beide Abbildungen zeigen zunächst in bekannter V/eise einen Ventil-Körper, der über seinen Flansch/.(6) mit dem Flansch (7) des Elektromagneten (70) verschraubt ist und zwei koaxiale Kammern ( 1 bezw. 5 ) umschließt, die über einen verschließbaren Durchlaß (4) in der Trennwand (3) untereinander sowie als Zwei-Wege-Ventil mit je einem Anschluß stutzen (2 bezw. 9) leitend verbunden sind. In der rfÄfiSe'r(1 ) ist ein ortsfestes Verschlußglied (11) und in derfaQmrffi® (5) ein - auf einem durch eine Antriebseinrichtung , z.B. eine Rückstellfeder (8) , maximal bewirkbaren Schließhub zur Anlage an das ortsfeste bewegbares Verschlußglied {j1 vorgesehen. Jedes Verschlußglied weist senkrecht zum Schließhub je eine sich gegenseitig ergänzende Dichtfläche auf, wobei entweder eine scharfkantige Düse oder ein diese abdichtender Teller dem ortsfesten und das Gegenstück dem bewegba^n

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Verschlußglied zugeordnet sein kann. Eine elastische Dichtung ( Fig. 1: 12; Mg. 2: 52) ist mit ihrem die Bewegungsbahn der Dicht flächen kreuzenden Ringabschnitt durch die scharfkantige Düse entweder an die Telleroberfläche anpreßbar oder verdrängbar und über einen mit dem Medium der Kammer gefüllten Zwischenraum innerhalb der Bövegungsbahn abgestützt am Teller- Verschlußglied gehaltert.

Der Elektromagnet (70) weist ein von der Spule (72) umgebenes Kernrohr (73) auf, in dem der Magnetanker (71) bei erregter Spule zum Joch (74) bewegbar, und das durch die Deckplatte (75) nach aussen druckdicht verschloßen ist. ·

Das bewegbare Verschlußglied (52) ist als Rohrschieber ausgebildet und über Kuppelglieder (54, 55) mit dem Magnetanker (71) zu einer

verbunden, zwangsläufig bewegbaren Verschluß-Einheit/Tdie mit einem O-Ring im Führungsspalt gegen die dem ortsfesten ^verschlußglied (11) zugeordnete Kammer (1) dynamisch gedichtet ist, wobei erfindungsgemäß alle Glieder (52,54,-55,71) der bewegbaren Verschluß-Einheit eine diese durchdringende zentrale Axial-Ausnehmung(50) aufweisen;

Die elastische (Verschluß-) Dichtung kann sowohl dem ortsfesten als auch dem bewegbaren Verschlußglied zugeordnet und gemäß Pat.-Anm. P 23 19 214,5 vorteilhaft verschleißmindernd dadurch von der Richtung und Größeres jeweils abzudichtenden Differenzdruckes entlastet ausgeführt sein, daß die Flächenpressung, mit der die elas*isehe Dichtung an die scharfkantige Düse des zweiten Verschlußr^edrückt wird, selbsttätig auf dem sehr niedrigen Wert konstant gehalten wird, der zur Abdichtung des Differenzdruckes Null erforderlich is¹

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Daher kann gegebenenfalls zur Sicherung des leckagefreien Verschlußes gegen starke Erschütterungen die Vorspannkraft der schließenden Rückstellfeder wesentlich höher gewählt werden, ohne einen entsprechend hohen Verschleiß zu bewirken, allerdings auf Kosten der öffnungsgeschwindigkeit.

Auch bei der O-Ring-Gleitdichtung im Führungsspalt kann durch eine ]

Anordnung gemäß Pat.-Anm. P 22 27 387,6-12 die dem Differenzdruck j

Mull entsprechende Flächenpreßung selbsttätig konstant gehalten werden.

In Fig. 1 ist nun ein Leistungsventil für einsn mittels eines gegeben Elektromagneten direkt schaltbaren, größtmöglichen Nennquerschnitt dargestellt, bei welchem die elastische Dichtung (12) dem ortsfesten Verschlußglied (11) und die scharfkantige Düse (52) dem als Rohrschieber (51) ausgebildeten,bewegbaren Verschlußglied zugeordnet ist. Letzteres ist mit dem Magnetanker (71) mittels eines, z.B. mehrarmigen Mitnehmersteges ( 54) und einer als Verbundrohr (55) ausgebildeten und daher die Axial-Ausnehmung(5Oj einschließenden Zugstange zu einer zwangsläufig bewegbaren Verschluß-Einheit verbunden. Diese ist in dem von der Kammer 5 und dem Kernrohr (73) gebildeten Hohlraum "schwimmend" bewegbar und axial vom Druck im Medium entlastet, wobei das beim Hub vor dem Rohrschieber verdrängte Medium zwischen den Armen des Mitnehmersteges und das vor dem Magnetanker verdrängte durch das Verbundrohr unabhängig von der jeweiligen Größe der Bewegungsspalten mit geringstmöglichen Strömungsverlust hinter die verdrängenden Glieder fließt.

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Da die bewegbare Verschluß-Einheit über das Rohrschieberglied geführt ist, können vorteilhaft die Führungsspalte allein nach den hydraulischen bezw. pneumatischen Erfordernissen und unabhängig von den i oft recht unterschiedlichen Bewegungsspalten de» Elektromagneten verschiedener Hersteller ausgeführt werden.

Da· ortsfeste r■ Verschlußglied (11) ist in einer Ausführung

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gemäß Pat.-Anm.P 23 19 214,5 dargestellt, und über Abstandsmittel (14) lestlegbar in die Kammer (1) einschoben. In ähnlicher Art ist auch die Trennwand (3) und die Zwischenwand(59) mit den Führungsspalten für den Rohrschieber (51) über _f der Deutlichkeit halber nicht dargestellte, Abstandsmittel festlegbar in die Kammer 5 eingeschoben und mit dem Flansch (7) des Elektromagneten festgelegt. Hieraus ergeben sich die zusätzlichen Vorteile, daß einmal nur die axial sehr kurzen Führungsspalte und der Umfang der Wände feinst bearbeitet zu werden brauchen und zum anderen eine sehr leichte Montage des Ventiles in kürzester Zeit durchführbar ist.

links der Achse A-A ist das in der Praxis meist benötigte Öffnungsventil j rechts das seltener benötigte Schließventil dargestellt, bei dem der Magnetanker durch das nach innen gerichtete Joch im Kernrohr eingöchloßen und das Verbundrohr in den Magnetanker einschraubbar ausgeführt werden muß_T Auch muß die Rückzugfeder (8) über einen zweiten Mitnehmersteg (87) und eine Haltbüchse (88) auf-

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genommen werden, um bei Entregung der Spule die Verschluß-Einheit

in die Offenstellung zurückdrückexi zu können.

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In Fig. 2 ist ein Leistungsventil dargestellt, bei welchem die scharfkantige Düse (15) dem ortsfesten Verschließglied (11) und die elastische Dichtung (57) dem bewegbaren Verschlußglied (51) zugeordnet ist und bei dem der Magnetanker (71), die Kuppelglieder (54, 55) und das bewegbare Verschlußglied (51)»-wie bekannt, zu einer als Zylinderkörper einheitlichen Außendurchmessers ausgebildeten, die elastische Dichtung (57) an einer Stirnfläche halternden und im Kernrohr (73) geführten Verschluß-Einheit (51+71) .vereinigt sind. Zugunsten einer einfachen,wenig aufwendigen Bauart ist erfindungsgemäß die Vergrößerung des Nennquerschnittes dadurch auf etwa den Doppelten des üblichen Wertes begrenzt, daß der lichte Durchmesser der ortsfesten Düse (15) gleich dem Außendurchmesser der als Rohrkörper (51 + 7"!) ausgebildeten und daher die Axial-Ausnehmung (50) einschließende, bewegbarsnjVerschluß-Einheit ausgeführt ist. Diese ist mittels eines 0-Ringes(56) im Führungsspalt gedichtet und haltert am inneren Ende eine radial vorspringende, die Bewegungsbahn der Düse (15) kreuzende, elastische Ringdichtung (57) in einer Radialnut (58). '

Links der Achse A-A ist ein Ventil dargestellt, bei dem es für die Funktion unwesentlich ist, ob die Radialnut mit dem Material voll ausgefüllt oder ein Zwischenraum, innerhalb der Bewegungsbahn offenbleibt, der mit dem Medium der Kammer 5 gefüllt ist. Rechts davon ist ein Ventil dargestellt, bei dem des O-Ring im Führungsspalt gemäß Pat.-Anm. 22 27 387,6-12 mittels einer Feder, die zugleich als Rücksugfeder (8) verwendet i*?t, in der Flächenpreßung dem DIfferenzdruck Null enxsprec.Ueftd selbsttätig konstant gehalten wird.

Claims (3)

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1) Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für größere Nsnnquerschnitte,
mit zwei koaxialen Kammern,,

die über einen verschließbaren Durchlaß untereinander sowie mit mindestens je einem Anschlußstutzen leitend verbunden sind,
mit zwei Versohlußglieäern,

die einander zugeordnete Dichtflächen (Teller-Düsen-Paarungen) aufweisen, wobei das eine Verschl-ußglied senkrecht zu den Dichtflächen auf einem durch eine Antriebseinrichtung maximal bewirkbaren Schließhub zur Anlage an das ortsfeste Verschlußglied bewegbar ist,
und mit einer elastischen Dichtung, die an einem ersten Verschlußglied die Bewegungsbahn der Dichtflächen kreuzend aufgenommen "und beim Verschluß an die Dichtfläche des zweiten Verschlußgliedes anpreßbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination der beiden Merkmale,

a) daß der Magnetanker (71) innerhalb der Spule (72) in einem nach außen verschloßenen und mit dem zu regelnden Medium gefüllten Kernrohr (73), wie für sich bekannt, bewegbar ist, und

b) daß das bewegbare Verschlußglied als Rohrschieber (51) und über Kuppelglieder (54, 55) mit dem Magnetanker (71) zu einer zwangsläufig bewegbaren Verschluß-Einheit, mit einem O-Ring (56) gedichtet,wie für sich bekannt, verbunden ist,

wobei alle Glieder (51, 54,55, 71) der bewegbaren Verschluß-Einheit mindestens eine diese durchdringende zentrale Ausnehmung(50) aufweisen.

2) Elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine bewegbare Verschluß-Einheit mit einem als Verbundrohr (55) ausgebildeten Kuppelglied

und mit einem die Trennwand (3) in einem durch einen O-Ring (56) dynamisch gedichteten Führungsspalt durchdringenden Rohrschieberglied (51), dessen Düsenmündung(52) mittels Durchr läße (53) in der Rohrschieberwand mit dem Medium aus der einen Kammer (5) beaufschlagbar und durch das innerhalb der anderen Kammer (1) angeordnete, ortsfeste Verschlußglied (11) verschließbar ist.

3) Elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß Anspruch 1,

bei dem der Magnetanker, ..die Kuppelglieder und das bewegbare, eine elastische Dichtung halternde, Verschlußglied zu einer als Körper einheitlichen Aussendurchmessers ausgebildeten im Kernrohr geführten Verschluß-Einheit vereingjft ist, dadurch gekennzeichnet,

daß der lichte Durchmesser der ortsfest in der Kammer 1 angeordneten Düse (15) gleich dem Aussendurchmesser der als Rohrkörper (51 + 71) ausgebildeten Verschluß-Einheit ausgeführt ist, die am inneren Ende eine radial vorspringende, die Bewegungsbahn der Dichtflächen kreuzende elastische Ringdichtung (57) in einer Radialnut (58) haltert.