DE9117070U1 - Ventileinrichtung - Google Patents

Description

Ventileinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, insbesondere ein proportional wirkendes Elektromagnetventil, gemäß Oberbegriff des *Pi Spruches 1.

Eine Ventileinrichtung der gattungsgemäßen Art ist aus der US 4,452,267 bekannt. Diese bekannte Ventileinrichtung wird über einen Elektromagneten angesteuert. Der Anker des Elektromagneten betätigt dabei ein erstes Ventil, welches über einen Ventilstößel mit einem zv/eiten Ventil gekoppelt ist. Die Ansteuerung der mit diesem Ventil zu beeinflussenden Druckmittel durchflösse erfolgt hierbei ausschließlich über den Elektromagneten. Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß der Öffnungsquerschnitt des Ventils infolge von Temperaturschwankungen und ggf. auch durch Strömungskräfte des Druckmittels nicht zuverlässig reproduzierbar einzustellen ist, da keine Rückabfragemöglichkeit bezüglich des Öffnungsquerschnittes des Ventils gegeben ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einem einfachen Aufbau

eine sichere und reproduzierbare Ermittlung und Beeinflussung des Öffnungsquerschnittes des Ventils ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung ist der Öffnungsquerschnitt des Ventils der Ventileinrichtung mittels Erfassung der Position des Ventilstößels feststellbar. Dies ermöglicht es_s eine Ventileinrichtung zu erhalten, die kompakt im Aufbau ist und leicht zu montierende, störunanfällige Mittel zum Feststellen des Öffnungsquerschnittes des Ventils enthält. Ferner ist so die Möglichkeit einer Durchflußmengen- bzw. Ventilöffnungsquerschnittsregelung in einfacher Weise gegeben. Als Feldsensor wird ein Sensor verwendet, der die Größe des vom Permanentmagneten erzeugten und an der entsprechenden Stelle des im Bereich des Feldsensors wirkenden Magnetfeldes erfaßt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Permanentmagnet in einem Hohlraum bzw. in einer Längsbohrung des Stößels angeordnet. In vorteilhafter Weise ist der Feldsensor dabei innerhalb des Gehäuses angeordnet, um eine möglichst effektive Magnetfeldausnutzung zu erreichen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist zum Feststellen des Öffnungsquerschnittes des Ventils der Abstand zwischen Feldsensor und Permanentmagnet justierbar, indem der Permanentmagnet mittels eines Gewindebolzens im Ventilstößel verschiebbar angeordnet ist.

Da die erfindungsgemäße Einrichtung berührungsfrei arbeitet, ist sie auch verschleißfrei. Durch die Anordnung dieser Einrichtung im Ventilgehäuse läßt sich das Ventil auch in aggressiven Medien einsetzen, ohne daß diese Einrichtung durch die aggressiven Medien beschädigt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher erläutert.

Die Abbildung zeigt dabei ein Ventilgehäuse 1, in dessen eine Stirnseite ein als Verschlußteil ausgebildeter erster Gehäuseeinsatz 34 eingeschraubt ist und an dessen anderer, dem ersten Gehäuseeinsatz 34 gegenüberliegenden Stirnseite ein Proportionalmagnet 41 befestigt ist. An den ersten Gehäuseeinsatz 34 schließt ein zweiter Gehäuseeinsatz 21 an, der mit dem ersten Gehäuseeinsatz 34 verschraubt ist und sich in den Innenraum des Ventilgehäuses 1 hineinerstreckt. Der erste Gehäuseeinsatz 34 und der zweite Gehäuseeinsatz 21 können auch aus einer einstückig ausgebildeten Baueinheit bestehen.

Im Ventilgehäuse 1 ist ein erster Ventilsitz 6 vorgesehen, der mit einem ersten Ventilglied 4,5 ein erstes Ventil 4,5,6 bildet. Das Ventilglied 4,5 besteht dabei aus einem Ventilteller 4 und einer Ventildichtung 5. Ein zweiter Ventilsitz 15, der an einem dritten Gehäuseeinsatz 16 des Ventilgehäuses 1 angeordnet ist, bildet mit einem zweiten Ventilglied 12,13 ein zweites Ventil 12,13,15. Hier besteht das Ventilglied 12,13 ebenfalls aus einem Ventilteller 12 und einer Ventildichtung 13. Das erste Ventil 4,5,6 und das zweite Ventil 12,13,15 sind koaxial zueinander hintereinander angeordnet. Das erste Ventilglied 4,5 und das zweite Ventilglied 12,13 sind an einem zur gemeinsamen Betätigung der beiden Ventile 4,5,6 und 12,13,15 dienenden Ventilstößel 20 befestigt. Über das erste Ventil 4,5,6 ist eine erste Druckmitteleingangskammer 2 mit'einer Druckmittelausgangskammer 10 verbindbar.

Desgleichen ist über das zweite Ventil 12,13,15 eine zweite Druckmitteleingangskammer 17 mit der Drucknrittelausgangskammer 10 verbindbar. Da die beiden Ventilglieder 4,5 und 12,13 an den zur Betätigung beider Ventile gemeinsamen Ventilstößel 20 befestigt sind, sind die erste Druckmitteleingangskammer 2 und die zweite Druckmitteleingangskammer 17 gleichzeitig mit der Druckmittelausgangskammer 10 verbindbar bzw. gegen diese absperrbar. Die erste Druckmitteleingangskammer 2 ist über einen ersten Druckmitteleingang 3 und die zweite Druckmitteleingangskammer 17 ist über einen zweiten Druckmitteleingang 18 mit einer Druckmittelquelle verbunden. Die Druckmittelausgangskammer 10 steht über einen Druckmittelausgang U mit einem Verbraucher in Verbindung. Die beiden Druckmitteleingangskammern 2 und 17 können auch als Druckmittelausgangskammer benutzt werden, wobei dann die Druckmittelausgangskammer 10 als Druckmitteleingangskammer verwendet wird.

Der den zv/eiten Ventilsitz 15 aufweisende Gehäuseeinsatz 16 ist mittels eines Dichtringes 14 gegen die Innenwand des Ventilgehäuses 1 abgedichtet. Der Dichtring 14 ist so am Gehäuseeinsatz 16 angeordnet, daß er den Druckmitteleingang 18 der zweiten Druckmitteleingangskammer 17 sowie Ausnehmungen 19 des Gehäuseeinsatzes 16, über welche die zweite Druckmitteleingangskammer 17 mit ihrem zugehörigen Druckmitteleingang verbunden ist, gegen die Druckmittelausgangskammer 10 abgedichtet.

Der dritte Gehäuseeinsatz 16 weist zentrisch eine in Richtung seiner Längsachse verlaufende Führungsbohrung 22 für die eine Seite des Ventilstößels 20 auf. Die andere Seite des Ventilstößels 20 wird in

einer Führungsbohrung 33, die im ersten Gehäuseeinsatz 34 vorgesehen ist, geführt. Der erste Gehäuseeinsatz 34 ist mittels eines Dichtringes 40 und der zweite Gehäuseeinsatz 21 ist mittels eines Dichtringes 23 gegen die Innenwand des Ventilgehäuses 1 abgedichtet. Die beiden Gehäuseeinsätze 34 und 21 begrenzen die erste Druckmitteleingangskammer 2.

In eine in Richtung der Längsachse des ersten Gehäuseeinsatzes 34 verlaufende Bohrung, die koaxial zur FUhrungsbohrung 33 angeordnet ist, ist ein mit Außengewinde 36 versehener Verschlußstopfen 37 eingedreht, an dem sich eine Druckfeder 32 abstutzt, die das erste Ventilglied 4,5 in Schließrichtung des ersten Ventils 4,5,6 beaufschlagt. Durch Verdrehen des Schlußstopfens 37 um seine Längsachse läßt sich so die Vorspannung der Druckfeder 32 stellen. Der Verschlußstopfen ist mittels eines Dichtringes 24 gegen die Wandung der ihn aufnehmenden Bohrung abgedichtet. Der erste Gehäuseeinsatz 34 weist eine von der ersten Druckmitteleingangskammer 2 zu dem die Druckfeder 32 aufnehmenden Raum hinführende Beatmungsbohrung 39 auf, welche Staudruckbildung bei einer Bewegung des Ventilsstößels 20 verhindert. Zwischen der dem Proportionalmagneten 41 zugewandten Seite des Ventilgehäuses 1 und dem Proportionalmagneten 41 ist ein Dichtring 25 angeordnet, der einen möglichen Spalt zwischen diesen beiden Teilen abdichtet. Der Ventilstößel 20 weist einen Hohlraum auf, der als eine sich in Richtung der Längsachse des Ventilstößels 20 erstreckende Bohrung 8 ausgebildet ist. Die Bohrung 8 ist auf ihrer dem Proportionalmagneten 41 zugewandten Seite von einem Druckstück 35 verschlossen, welches mit dem Anker 42 des Proportionalmagneten in Wirkverbindung steht. Ein Gewindebolzen 48, der in die dem Druckstück 35 gegenüberliegenden Seite des Ventilstößels 20 eingedreht ist, dient als Abstützung für ein in der Bohrung 8 des Ventilstößels 20 gelegenes erstes Halteelement 7 für einen Permanentmagneten 9, der ebenfalls in der Bohrung 8 des Ventilstößels

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angeordnet ist. Ein zweites Halteelement 49 ist auf der dem ersten Haiteelement 7 abgewandten Seite des Permanentmagneten 9 in der Bohrung des Ventilstößels 20 angeordnet. Das zweite Halteelement 49 stützt sich an einem weiteren Gewindebolzen 50 ab, der dem ersten Gewindebolzen gegenüber in die Bohrung 8 des Ventilstößels eingeschraubt ist. Der Permanentmagnet 9 wird so von den einander zugewandten Stirnseiten der beiden Halteelemente 7 und 49 lagegenau fixiert.

Der Permanentmagnet 9 und die Halteelemente 7 und 49 werden von der Innenwand der Bohrung 8 geführt. Durch Verdrehen der Gewindebolzen 49 und 50 um ihre Längsachse läßt sich der Permanentmagnet in Richtung der Längsachse der Bohrung 8 verstellen. Die beiden Halteelemente 7 und 49 sind als stabförmige Körper ausgebildet. Sie bestehen wie auch der Ventilstößel 20, die Gehäuseeinsätze 34,21,16 und das Ventilgehäuse 1 aus einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff. Es ist auch möglich, nur einen Gewindebolzen vorzusehen, der gleichzeitig die Funktion eines Halteelementes hat und an dem der Permanentmagnet befestigt ist.

Im Bereich des Permanentmagneten 9 bzw. im Bereich der Strecke, auf welcher der Permanentmagnet 9 vom Ventilstößel bewegbar ist, ist quer zum Ventilstößel 20 ein Feldsensor 29 angeordnet. Als Feldsensor kann beispielsweise ein Hallgenerator, eine Spule oder auch eine Feldplatte dienen. Der Feldsensor 29 ist in einem adapterartigen Gehäuse 31 befestigt, das sich durch eine in der Wand des Ventilgehäuses 1 vorgesehene Ausnehmung 27 in das Ventilgehäuse 1 hineinerstreckt. Das adapterartige Gehäuse 31 für den Feldsensor besteht aus einem magnetisch nicht leitenden Material, wie z. B. Kunststoff und ist mittels eines Dichtringes 28 gegen die Wand des Ventilgehäuses 1 abgedichtet. An der Innenwand des Ventilgehäuses 1 ist in dem Bereich, der vom Permanentmagneten 9 zusammen mit dem Ventilstößel 20 durchfahrbar ist, eine an das adapterartige Gehäuse 31 bzw. an den Feldsensor 29

angrenzende Abschirmung 26 angeordnet, die aus einem magnetisch leitenden Werkstoff besteht.

Vom Feldsensor 29 führen elektrische Leitungen 30 zu einer elektronischen Schaltung 43 zur Erfassung und Auswertung der Feldsensorsignale. Mittels dieser Schaltung wird die Stellung des Ventilstößels 20 und somit auch der Öffnungsquerschnitt der beiden Ventile 4,5,6 und 12,13,15 angezeigt. Eine ebenfalls über die Leitungen 30 an den Feldsensor angeschlossene weitere elektronische Schaltung 44 dient zur Kompensierung von Temperatureinflüssen am Feldsensor 29.

Die elektronische Schaltung 43 zum Erfassen und Auswerten der Feldsensorsignale ist mit einer elektronischen Schaltung 45 verbunden, welche die Ist-Lage des Ventilstößels 20 mit seiner vorgegebenen Soll-Lage vergleicht und bei Abweichung der Ist-Lage von der Soll-Lage des Ventilstößels 20 über eine elektrische Leitung 46 ein Korrektursignal auf einen Eingang 47 des Proportiona!magneten 41 gibt. Hierdurch ergibt sich ein geschlossener Regelkreis.

Die Funktion der vorstehend beschriebenen Venti!einrichtung wird nachfolgend näher erläutert.

In der Abbildung befinden sich die beiden Ventile 4,5,6 und !2,13,15 in der Schließstellung. Soll nun ein Druckmittel von der Ventileinrichtung ausgesteuert werden, so wird auf den Proportionalmagneten 4! ein elektrisches Signal gegeben. Durch den Proportionalmagneten 41 wird der Ventilstößel 20 mittels der Kraft des Proportionalmagneten gegen die Kraft der Feder 32 nach links in Öffnungsrichtung der beiden Ventile 4,5,6 und 12,13,15 verschoben. Der Anker 42 des Proportionalmagneten 41 liegt dabei ohne feste Verbindung stirnseitig am Ventilstößel 20 an. Es wäre aber auch denkbar, daß der Ventilstöße! 20 eine feste Verbindung

mit dem Anker 42 hat.

Die beiden Ventile gelangen in die Offenstellung und geben von der Größe des auf den Proportionalmagneten 41 gegebenen elektrischen Signals abhängige Öffnungsquerschnitte für das Druckmittel frei. Von der ersten Druckmitteleingangskammer 2 strömt durch das geöffnete erste Ventil 4,5,6 Druckmittel von der Druckmittelquelle in die Druckmittelausgangskammer 10. Gleichzeitig gelangen über das geöffnete zweite Ventil 12,13,15 aus der ersten Druckmitteleingangskammer 17 Druckmittel in die Druckmittelausgangskammer 10.

Da sich durch die Bewegung des Ventilstößels 20 auch die Lage des mit dem Ventilstößel 20 verbundenen Permanentmagneten 9 zum Feldsensor 29 verändert hat, v/as zu einer Änderung der registrierten Magnetfeldstärke führt, wird von der elektronischen Schaltung 43 die momentane Lage des Permanentmagneten 9 zum Feldsensor 29 und somit auch die Stellung des Ventilstößels 20 und die Stellung der Ventilglieder 4,5 und 12,13 zu ihren zugehörigen Ventilsitzen 6 bzw. 15 angezeigt. Die elektronische Schaltung 45 führt einen Vergleich der Ist-Lage des Ventilstößels 20 mit seiner Soll-Lage durch und gibt über die elektrische Leitung 46 in den Eingang 47 ein entsprechendes Korrektursignal auf den Proportionalmagneten 41, wenn die Ist-Lage des Ventilstößels 20 von der Soll-Lage abweicht. Der Proportionalmagnet 41 wird dadurch veranlaßt, den Ventilstößel 20 und die mit diesen verbundenen Ventilglieder 4,5 und 12,13 wieder in eine Position zu bringen, in welcher das erste Ventil 4,5,6 und das zweite Ventil 12,13,15 ihren vorgegebenen Öffnungsquerschnitt wieder erlangen.

Es ist selbstverständlich möglich, lediglich eine Ventileinrichtung mit einem Ventilsitz und einem Ventilglied zu verwenden. Der das oder die Ventilglieder tragende Ventilstößel 20 kann zur Aufnahme des

Permanentmagneten 9 eine Sackbohrung aufweisen, er kann aber auch wie in der Abbildung dargestellt, als Hohlstößel ausgebildet sein. Der Permanentmagnet ist vorzugsweise im Ventilstößel 20 angeordnet, er kann aber auch den Ventilstößel 20 beispielsweise ringförmig umgeben. Ebenso ist es möglich, den Feldsensor 29 außen am Ventilgehäuse 1 der Ventileinrichtung anzuordnen.

Der den zweiten Ventilsitz 15 aufweisende Gehäuseeinsatz 16 ist mittels Gewinde mit der Innenwand des Ventilgehäuses 1 verbunden und kann so in Richtung der Längsachse des Ventilgehäuses 1 verstellt werden. Auf die Korrekturschaltung 45 kann verzichtet werden, wenn lediglich der Öffnungsquerschnitt eines Ventils Überwacht werden soll. Die beanspruchte Einrichtung zum Feststellen des Öffnungsquerschnittes eines Ventils kann bei jeder beliebigen Ventileinrichtung verwendet werden, wie Sitzventil- oder Schiebeventi!einrichtung, mit oder ohne Proportionalmagneten.

Beim Sitzventil wirken ein als bewegbares Ventilglied dienender Ventilkörper und ein Ventilsitz zusammen. Das Schiebeventil besteht aus einem als bewegbares Venti!glied dienenden Ventil schieber und wenigstens einer mit diesem zusammenwirkenden Steueröffnung.

Claims (13)

&bull; ·# # ·« ·&bull; # · <» · · t « * t ·.&bull; * · * · ·&igr; . . . 10 Schutzansprüche

1. Ventileinrichtung, insbesondere proportional wirkendes Elektromagnetventil, bestehend aus einem Ventilgehäuse und mindestens einem darin angeordneten mit einem bewegbaren Ventilglied versehenen Ventil, wobei das Ventilglied mit einem zur Betätigung dienenden Ventilstößel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Position des Ventil stoßeIs (20) am oder im Ventilstößel ein Permanentmagnet (9) angeordnet ist und daß im Bereich der Strecke, innerhalb derer der Permanentmagnet (9) gemeinsam mit dem Ventilstößel (20) verschiebbar ist, ein Feldsensor (29) im oder am Ventilgehäuse (1) angeordnet ist.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Sitzventil mit einem Ventilsitz (6) bzw. (15) und einem bewegbaren Ventilglied (4,5) bzw. (12,13) ausgebildet ist.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Schieberventil mit mindestens einer Steueröffnung und einem als bewegbares Ventilglied dienenden Ventilschieber ausgebildet ist.

4. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein erstes Ventil (4,5,6) und ein zweites Ventil (12,13,15) aufweist und die Ventilglieder (4,5) bzw. (12,13)

beider Ventile gemeinsam mit dem Ventilstößel (20) verbunden und mit demselben gleichzeitig betätigbar sind.

5. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Feldsensor (29) mit einer elektronischen Schaltung (43) zur Erfassung und Auswertung der Feldsensorsignale verbunden ist.

6. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Schaltung (44) zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Feldsensors vorgesehen ist.

7. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (43) zum Erfassen und Auswerten der Feldsensorsignale mit einer elektronischen Schaltung (45) zur Regelung des Öffnungsquerschnittes der Ventileinrichtung verbindbar ist.

8. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) in einem Hohlraum (8) des VentilstoßeIs

(20) angeordnet ist.

9. Ventileinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (8) zur Aufnahme des Permanentmagneten (9) als eine in Richtung der Längsachse des Ventilstößels (20) verlaufende Bohrung so ausgebildet ist, daß in die Bohrung ein mit einem Außengewinde versehener Bolzen einschraubbar ist, an dem der Permanentmagnet (9) befestigt ist.

10. Ventileinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß an den einander abgewandten Stirnseiten des Ventilstößels (20) in die Bohrung Gewindebolzen (48,50) einschraubbar sind, an deren einander zugewandten Seiten sich zwei Halteelemente (7,49) abstützen, zwischen denen der Permanentmagnet (9) fixiert angeordnet ist.

11. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) außen am Ventilstößel (20) angeordnet ist.

12. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung (26) aus einem magnetisch leitenden Werkstoff an der Innenwand des Ventilgehäuses (1) angeordnet ist, derart, daß sich an das Ventilgehäuse (1) den Feldsensor (29) oder ein den Feldsensor aufnehmendes Gehäuse (31) angrenzt und sich parallel zur Längsachse des Ventilstößels (20) erstreckt.

13. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Feldsensor (29) oder ein den Feldsensor aufnehmendes
Gehäuse (31) in einer Ausnehmung (27) der Wand des Ventilgehäuses (1) angeordnet ist und sich in das.Ventilgehäuse hineinerstreckt, wobei der Feldsensor oder das den Feldsensor aufnehmende Gehäuse (31) quer zur Längsachse des Ventilstößels (20) angeordnet ist.