AT520721A4 - Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Gasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengas- und/oder Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage. Die Ventilvorrichtung (101) weist ein Strömungsgehäuse (10) mit Einlass (12) und Auslass (21), einen elektromagnetischen, bistabilen Aktor (56) mit Spule (60; 62), Kern (63; 64) und axial bewegbaren Anker (68), der zumindest in einer Endlage durch einen Permanentmagneten (66) gehalten ist, eine Ventileinheit (74), die eine Ventilstange (76) und einen damit verbundenen Ventilschließkörper (84) aufweist und mit dem Anker (68) bewegbar ist, einen Ventilsitz (24), auf den der Ventilschließkörper (84) absenkbar und von dem er abhebbar ist und der im Strömungsgehäuse (10) zwischen Einlass (12) und Auslass (21) angeordnet ist und einen optischen Stellungssensor (102) auf, über den zumindest eine Schließposition der Ventileinheit (74) detektierbar ist. Erfindungsgemäß befinden sich im Strömungsgehäuse (10) ein oder mehrere elektrische Heizelemente und der elektromagnetische Aktor (56) ragt an einem zum Strömungsgehäuse (10) entgegengesetzten Ende eines Schubstangengehäuses (52) aus diesem Schubstangengehäuse (52) hervor, das beabstandet vom Strömungsgehäuse (10) angeordnet ist, wobei der Anker (68) über ein stiftförmiges Element (70) und einen Schubstangenabschnitt (72) aus thermisch isolierendem Material mit der Ventilstange (76) verbunden ist.

Description

Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Gasstromes zu einem

Analysator einer Gasmessanlage

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage mit einem Strömungsgehäuse mit mindestens einem Einlass und einem Auslass, einem elektromagnetischen Aktor mit zumindest einer Spule, einem Kern und einem axial bewegbaren Anker, einer Ventileinheit, die eine Ventilstange und einen mit der Ventilstange verbundenen Ventilschließkörper aufweist und mit dem Anker bewegbar ist, einem Ventilsitz, auf den der Ventilschließkörper absenkbar und von dem der Ventilschließkörper abhebbar ist und der im Strömungsgehäuse zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist und einem Stellungssensor, über den zumindest eine Schließposition der Ventileinheit detektierbar ist.

Derartige Ventilvorrichtungen mit elektromagnetischem Aktor sind aus den verschiedensten Anwendungen bekannt. In Gasmessanlagen und insbesondere in bekannten Abgasmessanlagen dienen diese Ventilvorrichtungen zum Öffnen und Sperren der Probengasleitungen, Kalibriergasleitungen und/oder Spülgasleitungen, die zu einem Analysator einer derartigen Abgasmessanlage führen. Üblicherweise werden die im Strömungsgehäuse vorhandenen Gasleitungen bei einer solchen Verwendung geheizt, um das zum Analysator zu leitende Gas auf eine konstante Temperatur aufzuheizen, wodurch reproduzierbare Messergebnisse bei der Analyse erzielt werden können. Als Aktoren der Schaltventile werden Elektromagneten verwendet, die über ein Federelement in einer ihrer Endstellungen gehalten werden, während in der anderen Endstellung eine permanente Bestromung zum Halten des Ventils in dieser Stellung erforderlich ist. Aus diesem Grund wird zumeist für jeden ab-und zuzuschaltenden Gasstrom ein separates Ventil verwendet, dessen Normalstellung, in der lediglich die Federkraft wirkt, jeweils die Stellung ist, die im Betrieb üblicherweise eingenommen wird, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Dies bedeutet für das Ventil, welches den Probengasstrom regelt, dass dieses durch die Federkraft in der Offenstellung gehalten wird, während die Ventile zur Regelung der Spülgas- oder Kalibriergasströme in Normalstellung geschlossen sind.

So ist aus der AT 511 925 B1 eine Filter-Ventileinheit bekannt, bei der der Probengasstrom aus der Filtereinheit in das Strömungsgehäuse der Ventileinheit strömt und dort über den Ventilkörper ein Strömungsweg zum Analysator geschlossen oder freigegeben werden kann. Dieses Ventil ist in seiner Normalstellung geschlossen. Ein weiterer Strömungsweg kann in diesem Ventil entlang der Ventilstange über ein separates Ventil geöffnet werden, um einen Kalibriergasstrom oder einen Spülgasstrom einzuleiten. In diesem Betriebszustand wird das Ventil durch Bestromung des Elektromagneten in seine für den Probengasstrom geöffnete Stellung verschoben. Um die korrekte Temperatur des Probengasstromes einzustellen, ist an der Filtereinheit eine Heizeinrichtung vorgesehen.

Nachteilig an einem solchen Ventil ist, dass mehrere Ventile geschaltet werden müssen, um die entsprechenden Ströme zum Analysator freizugeben. Des Weiteren ist die korrekte Positionierung des Ventilschließkörpers nicht nachvollziehbar, so dass bei Fehlern am Aktor oder am Ventil, wie beispielsweise ein Verkleben oder Verklemmen in einer der Positionen nicht unmittelbar detektiert werden kann. Zusätzlich ist der Stromverbrauch eines derartigen Ventils relativ hoch.

Es stellt sich daher die Aufgabe eine Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage zur Verfügung zu stellen, mit der Bauteile eingespart werden können, eine Detektion des korrekten Betriebes ermöglicht wird und der Energieverbrauch reduziert werden kann.

Diese Aufgaben werden durch eine Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass der Stellungssensor ein optischer Stellungssensor ist und der elektromagnetische Aktor als bistabiler Aktor ausgeführt ist, dessen Anker zumindest in einer seiner Endlagen durch einen Permanentmagneten gehalten ist, kann der Energieverbrauch deutlich reduziert werden, da lediglich zum Positionswechsel der Ventileinheit Strom benötigt wird, während in den Endlagen keine Bestromung zum Halten der Ventileinheit erforderlich ist. Zusätzlich kann die Position der Ventileinheit in den Endlagen detektiert werden, so dass festgestellt werden kann, ob der Ventilkörper den Probengasstrom freigibt oder absperrt.

Vorzugsweise weist das Strömungsgehäuse einen zweiten Einlass auf und ein zweiter Ventilsitz ist im Strömungsgehäuse zwischen dem zweiten Einlass und dem Auslass ausgebildet, der mittels eines Ventilschließkörpers freigebbar und absperrbar ist, der mit der Ventileinheit verbunden ist. Entsprechend kann durch eine einzige Ventileinheit zwischen zwei Gasströmen hin- und hergeschaltet werden und dies entsprechend detektiert werden. Dies bedeutet, dass auf zusätzliche Ventile verzichtet werden kann. So kann beispielsweise wahlweise ein Analysator entweder mit einem Kalibriergasstrom oder einem Spülluftstrom oder in der anderen Position der Ventileinheit mit dem Probengasstrom versorgt werden.

In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform ist der Auslass zwischen dem ersten Einlass und dem zweiten Einlass ausgebildet und der erste Ventilschließkörper und der zweite Ventilschließkörper sind an gegenüberliegenden axialen Enden eines Ventilschließgliedes ausgebildet. Entsprechend kann ein einfacher Aufbau der Ventilvorrichtung mit nur einem Ventilschließkörper, der in zwei Richtungen schließt, realisiert werden, wodurch die Anzahl der zu montierenden Teile reduziert wird.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird der Anker in seinen beiden Endstellungen durch den Permanentmagneten gehalten, der zwischen zwei Spulen des Aktors angeordnet ist. Ein Federelement kann entsprechend entfallen und die Bistabilität wird durch den Permanentmagneten gewährleistet, der direkt im Bereich der Spule und auf den Anker wirkend ausgebildet werden kann. Ein solcher elektromagnetischer Aktor kann entweder mit zwei Spulen an den entgegengesetzten axialen Enden des Ankers zur Bewegung des Ankers in die unterschiedlichen Richtungen ausgebildet werden oder mit lediglich einer Spule, welche jedoch durch Schaltung mit einer wechselnden Polung beaufschlagt werden kann, wodurch eine Kraft in beide entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden kann.

Vorzugsweise weist der optische Sensor zwei Lichtschranken auf, deren Lichtstrahl in den Endstellungen unterbrochen ist, woraufhin ein elektrisches Signal an eine Steuereinheit übertragbar ist. Der Lichtstrahl der ersten Lichtschranke wird entsprechend in der ersten Endlage der Ventileinheit unterbrochen, während in der zweiten Endlage der Lichtstrahl der zweiten Lichtschranke unterbrochen wird und der andere Lichtstrahl freigegeben wird. In den Zwischenstellungen sind beide Lichtschranken freigegeben. Durch die Unterbrechung einer der Lichtschranken wird ein korrespondierendes elektrisches Signal am Sensor erzeugt, welches an die Steuereinheit des Ventils oder eine zentrale Steuereinheit der Gasmessanlage übertragen wird, so dass in dieser die momentane Lage abgespeichert werden kann und für weitere Schaltungen, wie beispielsweise einem Beginn einer Messung genutzt werden kann.

Vorteilhafterweise weist die Ventileinheit mindestens einen Vorsprung auf, mittels dessen der Lichtstrahl der Lichtschranke unterbrechbar ist. Durch die Anordnung des Vorsprungs wird direkt die Lage der Ventileinheit durch den optischen Sensor detektiert. Hierzu werden keine zusätzlichen zu montierenden Teile benötigt, so dass die Montage erleichtert wird.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinheit einen einzigen Vorsprung aufweist, dessen axiale Erstreckung dem Abstand der beiden Lichtschranken vermindert um den Maximalhub der Ventileinheit beträgt, so dass in beiden Endstellungen der Lichtstrahl jeweils einer der beiden Lichtschranken unterbrochen ist. Auch hierdurch wird die Montage erleichtert, da lediglich ein Vorsprung zur Kommunikation mit beiden Lichtschranken ausreicht und auf diese Weise Fehler bei der Montage zweier Vorsprünge vermieden werden. Des Weiteren sind bei der Fertigung des Vorsprungs lediglich die Toleranzen bezüglich des Ventilhubs und des Abstandes der Lichtschranken zu beachten, um exakte Ergebnisse zu erzielen.

Des Weiteren ist vorzugsweise der Vorsprung an einem Schubstangenabschnitt der Ventileinheit ausgebildet, über den der Anker des Aktors mit der Ventilstange der Ventileinheit verbunden ist. So wird die Montage der Lichtschranken vereinfacht, da diese nicht direkt im Strömungsgehäuse angeordnet werden müssen, sondern in einem separaten Gehäuse angeordnet werden können. Hierdurch wird die thermische Belastung der Sensoren reduziert, wodurch diese eine deutlich längere Lebensdauer aufweisen. Gleiches gilt für den elektromagnetischen Aktor, der in größerer Entfernung zum Strömungsgehäuse angeordnet ist.

Das Ventilschließglied ist vorteilhaft an der Ventilstange befestigt, welche aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist. Dies kann beispielsweise ein Polyetheretherketon sein, welches eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Entsprechend kann das Ventilschließglied selbst aus einem beliebigen anderen Material hergestellt werden, während die

Isolierung durch die Ventilstange hergestellt wird. Durch diese Isolierung wird eine Wärmeleitung in Richtung des wärmeempfindlichen Aktors über die Ventilstange und den Schubstangenabschnitt deutlich reduziert, so dass dieser deutlich besser vor Überhitzung geschützt wird.

Eine zusätzliche Wärmeabschirmung gegenüber einem erwärmten Strömungsgehäuse ergibt sich, wenn der Aktor und der Schubstangenabschnitt mit dem optischen Stellungssensor in einem Schubstangengehäuse angeordnet sind, welches mittels Schrauben am Strömungsgehäuse befestigt ist, wobei ein Ventilstangenführungskörper im Strömungsgehäuse befestigt ist und derart in eine Öffnung des Schubstangengehäuses ragt, dass das Schubstangengehäuse beabstandet zum Strömungsgehäuse angeordnet ist. So wird eine Wärmeleitung vom Strömungsgehäuse zum Schubstangengehäuse und damit zum Aktor und den Sensoren vermieden. Zusätzlich wird eine Wärmeabschirmung zur Minderung der Wärmestrahlung vom Strömungsgehäuse zum Aktor durch das Schubstangengehäuse erzielt.

Am Ventilstangenführungskörper ist vorzugsweise der zweite Ventilsitz ausgebildet, wodurch die Montage und die Herstellung des Ventilsitzes und damit die Montage der Ventileinheit in den Gehäusen deutlich vereinfacht wird.

Vorzugsweise sind im Strömungsgehäuse ein oder mehrere elektrische Heizelemente angeordnet, über die der Probengasstrom auf eine konstante Temperatur von beispielsweise 190°C erwärmt werden kann, wodurch die Messergebnisse des Analysators, beispielsweise eines Flammenionisationsdetektors deutlich verbessert werden und reproduzierbar sind.

In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der elektrischen Heizelemente stufenlos mittels Pulsweitenmodulation. Durch die Ansteuerung mittels PWM-Signalen ist eine sehr genaue und verlustarme Regelung möglich, welche unabhängig von der anliegenden Spannung ist.

Es wird somit eine Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage geschaffen, welche einfach in Aufbau und Montage ist, die Anzahl der notwendigen Ventilvorrichtungen in einer Gasmessanlage reduziert und den

Stromverbrauch reduziert. So werden die Montage- Betriebs- und Herstellkosten im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich reduziert. Zusätzlich wird eine zuverlässige Lagerückmeldung, welche eine lange Lebensdauer aufweist, integriert, durch die die korrekte Funktionsweise des Ventils jederzeit überprüfbar ist.

Ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen

Ventilvorrichtung;

Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der in Figur 1 dargestellten Ventilvorrichtung von links;

Figur 3 zeigt eine erste Ansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung entlang der Linie A-A in Figur 2; und

Figur 4 zeigt eine zweite Ansicht der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung entlang der Linie B-B in Figur 2, wobei der Schnitt um etwa 45° zu dem in Figur 3 dargestellten Schnitt gedreht ist.

Die in den Figuren dargestellte Ventilvorrichtung 101 ist stromaufwärts eines Analysators, wie einem Flammenionisationsdetektor einer Abgasmessanlage angeordnet und dient zum Absperren beziehungsweise Freigeben eines Probengasstroms oder eines Kalibriergasstroms zum Analysator und von einer Probengasquelle. Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 101, während Figur 2 eine Ansicht von links zeigt, wobei links hier im Sinne der Darstellung in Figur 1 zu verstehen ist. Die Schnittansichten der Figuren 3 und 4 verlaufen entlang der Linie A-A (Figur 3) und der Linie B-B (Figur 4), die in Figur 2 dargestellt sind.

Die Ventilvorrichtung 101 weist ein Strömungsgehäuse 10 auf, in dem ein erster Einlass 12 ausgebildet ist, der über einen Gasstutzen 14 mit einem Probengasstrom versorgt wird, wobei der Gasstutzen 14 einen radialen Eingang 16 und zwei zu entgegengesetzten Richtungen verlaufende axiale Ausgänge 18, 20 aufweist, von denen der eine im Einlass 12 des Strömungsgehäuses 10 über ein Gewinde befestigt ist und so im Einlass 12 mündet. Des Weiteren führt aus einer Ventilkammer 22 des Strömungsgehäuses 10 ein Auslass 21 nach radial außen und zum Analysator. Zwischen dem Einlass 12 und dem Auslass 21 ist in der Ventilkammer 22 ein als Einschnürung ausgeformter erster Ventilsitz 24 ausgebildet.

Am Strömungsgehäuse 10 ist noch ein zweiter Einlass 26 ausgebildet, der über einen ebenfalls in das Strömungsgehäuse 10 geschraubten Kalibriergasstutzen 28 mit einem Kalibriergasstrom versorgt wird. In dem Strömungsgehäuse 10 befinden sich elektrische Heizelemente (nicht dargestellt) sowie Aufnahmebohrungen 30 für externe Temperaturfühler (nicht dargestellt) zur Überprüfung der Temperatur bzw. Funktion der Heizelemente. Die Heizelemente sind über Pulsweitenmodulation stufenlos regelbar, so dass die Ventilkammer 22 des Strömungsgehäuses 10 und damit auch das durch die Ventilkammer 22 strömende Gas auf eine konstante Temperatur geregelt werden kann. Der für die Regelung verwendete Temperatursensor und der Temperaturschalter zur Absicherung sind nicht dargestellt.

Des Weiteren weist das Strömungsgehäuse 10 eine Öffnung in die Ventilkammer 22 auf, in der ein Drucksensorabschnitt 32 angeordnet ist, wobei durch Anschließen des Verbindungsschlauchs eines externen Drucksensors (in der Figur nicht dargestellt) diese Öffnung verschlossen wird.

Von der zum ersten Einlass 12 entgegengesetzten axialen Seite des Strömungsgehäuses 10 ragt in die Ventilkammer 22 ein Ventilstangenführungskörper 34, an dessen in die Ventilkammer 22 ragenden Abschnitt drei Umfangsnuten 36, 37, 38 ausgebildet sind und dessen axiales Ende in Richtung eines Absatzes 40 in der Ventilkammer 22 ragt. In der ersten Umfangsnut 36 und der dritten Umfangsnut 38 ist jeweils ein O-Ring 42, 43 angeordnet, die mit ihrem jeweiligen Außenumfang gegen die Innenwand der Ventilkammer 22 anliegen, so dass diese nach außen abgedichtet ist. Die mittlere Umfangsnut 37 ist axial in Höhe des zweiten Einlasses 26 angeordnet, so dass ein Kalibriergasstrom in die Umfangsnut 37 einströmen kann. Des Weiteren führt von dieser Umfangsnut 37 eine Bohrung 44 in einen inneren Führungsraum 46 des Ventilstangenführungskörpers 34, der mit der Ventilkammer 22 verbindbar ist. Während die Schnittansicht in Fig. 3 nur eine derartige Bohrung 44 zeigt, können in nicht dargestellten Ausführungsvariante auch mehrere derartige Bohrungen vorgesehen sein.

Der Ventilstangenführungskörper 34 liegt axial mit einem am Außenumfang ausgebildeten ringförmigen Absatz 48 gegen eine Außenwand des

Strömungsgehäuses 10 an, während das entgegengesetzte axiale Ende des Ventilstangenführungskörpers 34 in eine Aufnahmeöffnung 50 eines

Schubstangengehäuses 52 ragt und dort axial anliegt. Das Schubstangengehäuse 52 ist über Schrauben 54 mit dem Strömungsgehäuse 10 verbunden, jedoch beabstandet von diesem angeordnet, wobei der Ventilstangenführungskörper 34 als Abstandshalter dient.

Am Schubstangengehäuse 52 ist ein elektromagnetischer Aktor 56 befestigt, der am zum Strömungsgehäuse 10 entgegengesetzten Ende des Schubstangengehäuses 52 aus diesem hervorragt. In einem Aktorgehäuse 58 dieses Aktors 56 sind an den axialen Enden Spulen 60, 62 angeordnet, die über einen in Figur 2 sichtbaren Stecker 61 bestromt werden können und in deren Innern jeweils ein Kern 63, 64 angeordnet ist. Axial zwischen den beiden Spulen 60, 61 ist im Aktorgehäuse 58 ein Permanentmagnet 66 befestigt, der axial magnetisiert ist und eine innere Öffnung 67 aufweist, in der ein Anker 68 bewegbar ist, der mit einem stiftförmigen Element 70 verbunden ist, welches durch den Kern 64 ragt.

In einer ersten Position des Ankers 68, welche in den Figuren dargestellt ist, liegt der Anker 68 gegen den einen Kern 63 an und bildet mit dem einen Pol des Permanentmagneten 66 einen magnetischen Kreis.

In der zweiten Schaltposition liegt der Anker 68 gegen den anderen Kern 64 an und bildet mit jeweils dem anderen Pol des Permanentmagneten 66 einen magnetischen Kreis. Zum Lösen des Ankers 68 aus seiner jeweiligen Position wird jeweils das wirkende magnetische Feld des Permanentmagneten 66 durch das elektromagnetische Feld der jeweilig wirksamen Spule 60, 62 aufgehoben, wobei das elektromagnetische Feld der wirksamen Spule 60, 62 jeweils etwas stärker ist, um den Anker 68 in seine andere Schaltposition zu bewegen.

Da die wirksamen elektromagnetischen Kräfte zur Bewegung des Ankers 68 in entgegengesetzte Richtungen wirken müssen, um den Anker 68 in beide Schaltpositionen bewegen zu können, werden die beiden Spulen 60, 62 entgegengesetzt gepolt. In den Endlagen ist bei einer solchen Ausführung keine

Bestromung zum Halten des Ankers 68 erforderlich, da die Kraft des Permanentmagneten 66 zum zuverlässigen Halten ausreicht.

Das Ende des stiftförmigen Elementes 70 des Ankers 66 ragt aus dem Aktorgehäuse 58 in das Schubstangengehäuse 52 und ist mit einem Schubstangenabschnitt 72 einer Ventileinheit 74 verbunden. Am entgegengesetzten Ende des Schubstangenabschnitts 72 aus einem thermisch isolierenden Material zur Minimierung des Wärmeeintrags in den Aktor 56 ist eine Ventilstange 76 befestigt, die sich vom Schubstangengehäuse 52 durch den Ventilstangenführungskörper 34, in dessen Inneren ein Wellendichtring 77 angeordnet ist, bis in die Ventilkammer 22 erstreckt. An diesem axialen Ende der Ventilstange 76 ist ein Ventilschließglied 78 mittels eines sich vom Ventilschließglied 78 in eine Gewindeöffnung 80 der Ventilstange 76 erstreckenden Gewindeabschnitts 82 befestigt.

Das Ventilschließglied 78 umfasst zwei Ventilschließkörper 84, 86, die in axial entgegengesetzte Richtungen mit dem ersten Ventilsitz 24 beziehungsweise einem zweiten Ventilsitz 88 korrespondieren, der am Ende des Ventilstangenführungskörpers 34 ausgebildet ist.

Die Ventilschließkörper 84, 86 weisen jeweils eine Umfangsnut 90, 92 auf, in der jeweils ein O-Ring 93, 94 angeordnet ist, mit dem der Ventilschließkörper 84, 86 auf dem korrespondierenden Ventilsitz 24, 88 aufliegt, so dass eine hohe Dichtigkeit erreicht wird.

Der Wellendichtring 77 liegt radial außen am Ventilstangenführungskörper 34 und radial innen an der Ventilstange 76 an, so dass eine Gasströmung aus dem Ventilstangenführungskörper in Richtung des Schubstangengehäuses 52 verhindert wird. Des Weiteren weist die Ventilstange 76 einen Führungsabschnitt 99 auf, mit dem die Ventilstange 76 an der Innenwand des Ventilstangenführungskörpers 34 entlang gleitet.

Um die jeweilige Position des Ventilschließgliedes 78 detektieren zu können und somit nachvollziehen zu können, ob die jeweils angesteuerte Position der Ventilschließkörper 84, 86 tatsächlich eingenommen wurde, ist am

Schubstangenabschnitt 72 ein in Figur 4 zu erkennender Vorsprung 100 ausgebildet, der mit einem optischen Stellungssensor 102 korrespondiert.

Der optische Stellungssensor 102 besteht aus zwei Lichtschranken 104, 106, die im Schubstangengehäuse 52 angeordnet sind und einen Abstand zueinander aufweisen, der der axialen Erstreckung des Vorsprungs 100 addiert mit dem Maximalhub des Ventilschließgliedes 78 zwischen den beiden Ventilsitzen 24, 88 entspricht, so dass in beiden Endstellungen jeweils gerade der Lichtstrahl einer der beiden Lichtschranken 104, 106 durch das jeweilige Ende des Vorsprungs 100 unterbrochen wird, während in den Zwischenstellungen beide Lichtschranken 104,106 freigegeben werden.

Bei Unterbrechung des Lichtstrahls wird über eine nicht dargestellte elektrische Leitung durch die jeweilige Lichtschranke 104, 106 ein elektrisches Signal zu einer Steuereinheit 108 gesendet, dass die Endstellung ordnungsgemäß erreicht wurde.

Gegebenenfalls kann die elektrische Leitung auch mit dem Aktor 56 verbunden sein, so dass bei Erreichen der jeweiligen Position die Bestromung des elektromagnetischen Aktors 56 eingestellt bzw. nicht erneut vorgenommen wird, da die Ventileinheit 74 in den Endpositionen durch den Permanentmagneten 66 gehalten wird.

Bei ordnungsgemäßer Funktion erfolgt die Bestromung des Aktors 56 nur für einen kurzen Zeitraum, z.B. 1 Sekunde, da damit ein Wechseln der Endstellungen bereits erreicht wird. Sollte die Stellung nicht durch den Permanentmagneten 66 gehalten werden, so ändert sich das Signal der bis dahin verdeckten Lichtschranke 104, 106 bei Verlassen dieser Position, wodurch sich auf einen Fehler schließen lässt.

In den Figuren ist die Ventileinheit 74 in der den Kalibriergasstutzen 28 und damit den zweiten Einlass 26 verschließenden Stellung dargestellt. Der zweite Ventilschließkörper 86 liegt auf dem zweiten Ventilsitz 88 auf, während der erste Einlass 12 mit der Ventilkammer 22 und damit mit dem Auslass 21 fluidisch verbunden ist. In diesem Zustand strömt entsprechend Probengas zum Auslass 21 und damit in Richtung des Analysators. Der Vorsprung 100 verdeckt die Lichtschranke 104, so dass die Steuereinheit 108 ein entsprechendes Signal empfängt und eine korrekte Endstellung registriert, da der Anker 68 und damit die Ventileinheit 74 durch den Permanentmagneten 66 in seiner Position gehalten wird. Bei Abschluss der Messung wird durch die Steuereinheit 108 ein elektrisches Signal zur zweiten Spule 62 gesendet, so dass diese bestromt wird und der Anker in Richtung der zweiten Spule 62 verschoben wird bis die von der Spule 60 abgewandte Ankerplatte gegen den

Permanentmagneten 66 anliegt. Damit wird gleichzeitig die Ventileinheit 74 verschoben, so dass der zweite Ventilschließkörper 86 vom zweiten Ventilsitz 88 abgehoben wird und der erste Ventilschließkörper 84 gegen den ersten Ventilsitz 24 anliegt. Entsprechend kann kein Probengas mehr zum Auslass 21 strömen.

Stattdessen kann nunmehr aus dem Kalibriergasstutzen 28 ein Kalibriergasstrom in die Ventilkammer 22 und somit über den Auslass 21 zum Analysator strömen. Während der Bewegung des Ankers verschiebt sich gleichzeitig der Vorsprung 100, so dass die Lichtschranke 104 freigegeben wird und bei Erreichen der zweiten Endstellung der Vorsprung 100 die andere Lichtschranke 106 abdeckt. Das hierdurch entstehende Signal wird von der Steuereinheit genutzt, um ein korrektes Erreichen der Endstellung zu detektieren. Die Bestromung der Spule 62 des bistabilen Aktors 56 ist beendet, so dass nunmehr der Anker 68 und die Ventileinheit 74 durch den Permanentmagneten 66 in ihrer zweiten Endstellung gehalten werden und so der Analysator ohne Stromverbrauch mit Kalibriergas versorgt wird. Bei Beendigung der Kalibrierung erfolgt die Bewegung erneut in umgekehrter Richtung durch Bestromung der anderen Spule 60.

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 101 eignet sich somit zur Umschaltung zwischen zwei Gasströmen bei geringstem Stromverbrauch und einer sicheren Funktionsweise, da die Position der Ventileinheit jederzeit, insbesondere in den Endstellungen durch den optischen Sensor überwacht wird. Der Herstell- und Montageaufwand wird reduziert, da mit lediglich einer einzigen Ventilvorrichtung 101 zwischen dem Probengasstrom und dem Kalibriergasstrom eines Analysators umgeschaltet werden kann.

Es sollte deutlich sein, dass auch andere optische Sensoren oder ein anderer bistabiler Elektromagnet als Aktor eingesetzt werden kann, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Auch kann eine solche Ventilvorrichtung 101 vor verschiedene Analysatoren geschaltet werden oder statt des Kalibriergasstroms ein Spülgasstrom als zweiter Anschluss verwendet werden. Weitere konstruktive Änderungen, wie beispielsweise die Verwendung zweier beabstandeter Vorsprünge anstatt des einen Vorsprungs sind ebenfalls denkbar. Auch können die Ventilschließkörper als zwei separate Körper ausgebildet werden.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage mit einem Strömungsgehäuse (10) mit mindestens einem Einlass (12) und einem Auslass (21), einem elektromagnetischen Aktor (56) mit zumindest einer Spule (60; 61), einem Kern (63; 64) und einem axial bewegbaren Anker (68), einer Ventileinheit (74), die eine Ventilstange (76) und einen mit der Ventilstange (76) verbundenen Ventilschließkörper (84) aufweist und mit dem Anker (68) bewegbar ist, einem Ventilsitz (24), auf den der Ventilschließkörper (84) absenkbar und von dem der Ventilschließkörper (84) abhebbar ist und der im Strömungsgehäuse (10) zwischen dem Einlass (12) und dem Auslass (21) angeordnet ist, einem Stellungssensor (102), über den zumindest eine Schließposition der Ventileinheit (74) detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungssensor ein optischer Stellungssensor (102) ist und der elektromagnetische Aktor (56) als bistabiler Aktor ausgeführt ist, dessen Anker (68) zumindest in einer seiner Endlagen durch einen Permanentmagneten (66) gehalten ist.
2. 2. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsgehäuse (10) einen zweiten Einlass (26) aufweist und ein zweiter Ventilsitz (88) zwischen dem zweiten Einlass (26) und dem Auslass (21) ausgebildet ist, der mittels eines zweiten Ventilschließkörpers (86) freigebbar und absperrbar ist, der mit der Ventileinheit (76) verbunden ist.
3. 3. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (21) zwischen dem ersten Einlass (12) und dem zweiten Einlass (26) ausgebildet ist und der erste Ventilschließkörper (84) und der zweite Ventilschließkörper (86) an gegenüberliegenden axialen Enden eines Ventilschließgliedes (78) ausgebildet sind.
4. 4. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (68) in seinen beiden Endstellungen durch den Permanentmagneten (66) gehalten ist.
5. 5. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stellungssensor (102) zwei Lichtschranken (104, 106) aufweist, deren Lichtstrahl in den Endstellungen unterbrochen ist, woraufhin ein elektrisches Signal an eine Steuereinheit (108) übertragbar ist.
6. 6. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (74) mindestens einen Vorsprung (100) aufweist, mittels dessen der Lichtstrahl der Lichtschranken (104,106) unterbrechbar ist.
7. 7. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (74) genau einen Vorsprung (100) aufweist, dessen axiale Erstreckung dem Abstand der beiden Lichtschranken (104, 106) vermindert um den Maximalhub der Ventileinheit (74) beträgt, so dass in beiden Endstellungen der Lichtstrahl jeweils einer der beiden Lichtschranken (104, 106) unterbrochen ist.
8. 8. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (100) an einem Schubstangenabschnitt (72) der Ventileinheit (74) ausgebildet ist, über den der Anker (68) des Aktors (56) mit der Ventilstange (76) der Ventileinheit (74) verbunden ist.
9. 9. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (78) an der Ventilstange (76) befestigt ist, welche aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist.
10. 10. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (56) und der Schubstangenabschnitt (72) mit dem optischen Stellungssensor (102) in einem Schubstangengehäuse (52) angeordnet sind, welches mittels Schrauben (54) am Strömungsgehäuse (10) befestigt ist, wobei ein Ventilstangenführungskörper (34) im Strömungsgehäuse (10) befestigt ist und derart in eine Aufnahmeöffnung (50) des Schubstangengehäuses (52) ragt, dass das Schubstangengehäuse (52) beabstandet zum Strömungsgehäuse (10) angeordnet ist.
11. 11. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilstangenführungskörper (34) der zweite Ventilsitz (88) ausgebildet ist.
12. 12. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsgehäuse (10) ein oder mehrere elektrische Heizelemente angeordnet sind.
13. 13. Ventilvorrichtung (101) zum Absperren und Öffnen eines Probengasstromes und/oder eines Kalibriergasstromes zu einem Analysator einer Gasmessanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektrischen Heizelemente stufenlos mittels Pulsweitenmodulation erfolgt.