Ventil Es ist bekannt, zur Steuerung eines flüssigen oder gasförmigen Druckmittels ein Ventil mit einem in Schliessrichtung vom Druckmittel und von einer Schliessfeder gegen einen Ventilsitz gepressten Ven tilteller zu verwenden, der mit einem Stössel vom Ventilsitz abhebbar ist. Der Stössel kann bei einem solchen Ventil üblicherweise von Hand oder pneu matisch bzw. hydraulisch mit Hilfe eines Kolbens betätigt werden. Vielfach ist auch eine elektrische Betätigungsmöglichkeit vorhanden. Bei dieser dient der Stössel oder ein dem Stössel zugeordnetes Glied als Anker eines Magneten.
Gemäss der Erfindung wirkt der Stössel über eine Feder auf den Ventilteller, deren Kraft grösser ist als die der Schliessfeder allein, jedoch kleiner als die der Schliessfeder und die vom Druckmittel ausgeübte Anpresskraft zusammen. Man erhält dadurch ein Ventil, das bei einem mit einem bestimmten Mindest druck anstehenden Druckmittel nicht geöffnet wer den kann.
Das neue Ventil kann auf verschiedenen Gebie ten von Nutzen sein. Besonders vorteilhaft ist es für Druckluftsteuerungen von elektrischen Schaltern. Diese Steuerungen, die nicht nur mit Druckluft, son dern analog auch mit Druckflüssigkeit arbeiten kön nen, haben die Aufgabe, die richtige Betätigung von elektrischen Schaltern sicherzustellen und Fehlschal tungen zu verhindern. Hierbei kann man mit dem neuen Ventil bisher notwendige zusätzliche mechani sche oder elektrische Verriegelungen einsparen, wie später näher dargelegt wird.
Die Feder ist bei dem Ventil nach der Erfindung zweckmässig im Ventilteller angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass man mit verhältnismässig wenig Raum auskommt. Auch die Schliessfeder kann mit dem grössten Teil ihrer Länge im Ventilteller unterge- bracht sein. Man kann z. B. die Feder nach der Er findung und die Schliessfeder konzentrisch ineinan der schachteln.
Die Kraft der Feder beträgt vorzugsweise ein Mehrfaches der Kraft der Schliessfeder. Bei Ventilen für elektrische Schalter hat sich -ein Verhältnis der Federkräfte von 4 : 1 bis 8 : 1 als besonders günstig erwiesen. Mit solchen Federn kann man bei den für Druckluftsteuerungen üblichen Drücken von 5 bis 15 atü und den erforderlichen Ventilquerschnitten eine sichere Wirkungsweise bei vorteilhaft kleinen Ab messungen der Federn und Betätigungskräften für das Ventil erreichen.
Es ist vorteilhaft, das Ventil so auszubilden, dass die Strömung des dem Ventilsitz zufliessenden Druckmittels im wesentlichen in Öffnungsrichtung des Ventiltellers verläuft. Hierdurch kann man ver hindern, dass bei geöffnetem Ventil das durch das Ventil fliessende Druckmittel einen Sog in Schliess richtung auf den Ventilteller ausübt. Dies ist deshalb wichtig, weil das Ventil nach einem zufälligen Schliessen bei anstehendem Druckmittel nicht mehr geöffnet werden kann.
Eine Sogbewegung auf den Ventilteller kann man mit Sicherheit dadurch vermeiden, dass der Ventilsitz von der Stirnseite eines rohrförmigen Gehäuseteiles gebildet wird, der zusammen mit einer äusseren Ge häusewand einen Ringkanal für das dem Ventilsitz zuströmende Druckmittel bildet. Das Druckmittel wird dann am Ventilteller umgelenkt und übt dabei auf diesen eine Kraft in Öffnungsrichtung aus.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungs form der Erfindung ist der Ventilteller ein in einer zylindrischen Bohrung des Ventilgehäuses geführter, an einzelnen Stellen seines Umfanges abgeflachter Kolben. Die Führung an einzelnen Stellen des Um- fanges ergibt eine nur geringe Reibung. Ausserdem ist durch die Abflachungen dafür gesorgt, dass das Druckmittel hinter den Kolben gelangen und bei an stehendem Druck den Ventilteller verschlossen hal ten kann.
Bei dem Ventil nach der Erfindung kann man in bekannter Weise mit dem Stössel eine Kontaktein richtung koppeln, deren Kontakte beim Betätigen des Ventils geöffnet oder geschlossen werden. In Weiter bildung der Erfindung wird von mehreren Kontakten ein Teil geöffnet oder geschlossen, bevor der Stössel auf die Feder einwirkt, also vor der Öffnung des Ventils, während ein anderer Teil der Kontakte erst dann geöffnet oder geschlossen wird, wenn der Stös- sel eine der Öffnungsstellung des Ventiltellers ent sprechende Lage erreicht hat. Hierdurch lassen sich sogenannte Doppelbetätigungen bei elektrischen Schaltern sicher verhindern, wie noch erläutert wird.
Zwecks Einstellung der Kontakteinrichtung kann man eine Schraubverbindung zwischen dem Stössel und der Kontakteinrichtung vorsehen. Die Schraub verbindung kann in vorteilhafter Weise zugleich zur Befestigung einer Platte dienen, gegen die sich eine den Stössel in öffnungsrichtung drückende Feder abstützt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung beschrieben: Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein vereinfacht gezeich netes Ventil nach der Erfindung in drei verschiede nen Betriebszuständen. In Fig. 4 ist ein Ventil nach der Erfindung mit konstruktiven Einzelheiten gezeich net. Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Anwendung des Ventils nach der Erfindung in vereinfachter Dar stellung. Für übereinstimmende Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Ventil dient zur Steuerung der Betätigungsdruckluft für elektrische Schalter. Es besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit einem rohrförmigen inneren Gehäuseteil 2, dessen Stirnseite bei 3 den Ventilsitz bildet. Gegen den Ventilsitz legt sich unter der Wirkung der Schliessfeder 5 der Ven tilteller 6. Im Ventilteller ist an der Berührungsstelle mit dem Ventilsitz eine Dichtung 7 vorgesehen.
Der Ventilteller 6 besitzt auf der dem Ventilsitz 3 abgekehrten Seite eine hülsenförmige Verlängerung 8, die in einem Rohrstück 9 des Ventilgehäuses 1 geführt ist. In dem Hülsenteil 8 ist eine Feder 12 an geordnet, die eine Druckplatte 13 gegen einen Bund 14 des Ventiltellers im Bereich des Ventilsitzes drückt.
Der Einlass 15 des Ventils führt in einen Ringka nal 16, der von dem Rohrteil 2 des Gehäuses und der zylindrischen Gehäuseaussenwand 17 gebildet wird. Vom Inneren 18 des Rohrteiles 2 führt eine Bohrung 19 aus dem Ventilgehäuse.
Auf dem Ventilgehäuse 1 sitzt eine Magnetspule 22, der ein im Inneren konischer Eisenteil 23 und ein diesem angepasster Anker 24 zugeordnet ist. Der Anker besitzt an seiner dem Ventilteller 6 zugekehr- ten, unteren Seite einen Stössel 25. Auf seiner Ober seite trägt er einen Knopf 26 zur Handbetätigung. Ferner kann an der Oberseite eine Kontakteinrich tung 28 angebracht sein, deren Kontakte bei der Be wegung des Stössels zum öffnen des Ventils geöffnet oder geschlossen werden.
Das Ventil ist in Fig. 1 in druckfreiem Zustand (Ruhestellung) dargestellt. Der Druck vor und hinter dem Ventilteller ist gleich. In diesem Zustand kann der Ventilteller 6 durch das Niederdrücken des Stös- sels 25 nach unten bewegt werden, weil die Kraft der Feder 12 gemäss der Erfindung grösser ist als die der Schliessfeder 5. Die Öffnungskraft wird dabei von der Stossplatte 13 über die Feder 12 auf den Hülsen teil 8 des Ventiltellers übertragen.
In Fig. 2 ist angenommen, dass bei geschlossenem Ventil Druckluft ansteht, wie durch den Pfeil 27 an gedeutet ist. Die Druckluft beaufschlagt den Ventil teller 6 in Schliessrichtung. Diese Druckkraft ist zu sammen mit der Kraft der Schliessfeder 5 grösser als die Kraft, die vom Stössel 25 über die Feder 12 auf den Ventilteller 6 übertragen werden kann. Es ist deshalb in diesem Zustand nicht möglich, das Ventil zu öffnen. Wird der Stössel 25 zum Öffnen des Ven tils nach unten bewegt, so wird lediglich die Feder 12 zusammengedrückt, wie in der Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt das Ventil in geöffneter Stellung bei anstehender Druckluft. Die Druckluft strömt vom Einlass 15 (Pfeil 27) durch den Ringkanal 16, den Raum 18 und den Auslass 19 (Pfeil 28) durch das Ventil. Wie aus der Zeichnung klar hervorgeht, ver läuft die Druckluftströmung im Ringkanal 16 in öff- nungsrichtung des Ventiltellers. Die Druckluft wird am Ventilteller umgelenkt. Dadurch ist vermieden, dass ein Sog entsteht, der eine Kraft in Schliessrich- tung auf den Ventilteller ausübt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform besteht das Ventilgehäuse 1 im wesentlichen aus dem Oberteil 30 und dem Unterteil 31. Ober- und Unter teil sind miteinander verschraubt. In einer zylindri schen Bohrung 32 des Unterteiles sitzt der Ventiltel ler 6. Er berührt die Wandung der Bohrung nur an einzelnen Stellen, da er an seinem Umfang, z. B. bei 33, abgeflacht ist.
Die Stossplatte 13 im Ventilteller 6 besitzt einen Ansatz 34 zur Führung der Feder 12. Das untere Ende der Feder 12 stützt sich auf eine Scheibe 36, die durch einen umgebördelten Rand 37 an der Un terseite des Ventiltellers 6 festgelegt ist. Die Kraft der Feder 12 beträgt etwa 2 kp.
Die Schliessfeder 5 ist mit dem grössten Teil ihrer Länge in einer Ringnut 38 des Ventiltellers 6 unter gebracht. Sie verläuft, wie die Figur zeigt, konzen trisch zur Feder 12 und besitzt eine Federkraft von etwa 0,35 kp. Die Federn 5 und 12 sind also raum sparend ineinander geschachtelt.
Als Einlass 15 führt ein Rohrstutzen in einen Raum 40 zwischen dem Oberteil 30 und dem Unter teil 31. An diesen Raum schliesst sich der in das Oberteil 30 eingearbeitete Ringkanal 16 an. Der Auslass 19 des Ventils ist eine Bohrung, die recht winklig zu dem Raum 18 verläuft. Das äussere Ende der Bohrung 19 ist mit einem Gewinde 41 zum Ein schrauben einer Rohrleitung versehen.
Oberhalb des Oberteiles 30 sitzt die Spule 22 auf dem Eisenteil 23. Sie ist durch eine Abdeckung 43 gegen Beschädigung geschützt, die zusammen mit einer Druckplatte 47 den magnetischen Rückschluss für die Spule bildet. Im Inneren des Spulenkörpers 44 ist ein Messingrohr 45 als Führungsbuchse für den Anker 24 vorgesehen. Die Buchse ist an ihrem unteren Ende bei 46 umgebogen. Sie wird gemeinsam mit dem Spulenkörper 45 mit Hilfe der Druckplatte 47 von nichtdargestellten Spannschrauben gegen das Oberteil 30 des Ventilgehäuses gepresst.
Durch Ab- flachungen 35 des Ankers 24 werden zwischen dem Anker und dem Messingrohr 45 Kanäle gebildet, die bei geschlossenem Ventil den Raum 18 über den Raum 56 mit der Aussenluft verbinden. Hierdurch wird der Raum 18 und die an den Auslass 19 ange schlossene Leitung entlüftet. Bei geöffnetem Ventil sind die Kanäle dadurch verschlossen, dass der Konus am unteren Ende des Ankers 24, der einen spitzeren Winkel aufweist als der Gegenkonus des Eisenteiles 23, den Durchgang durch den Eisenteil 23 versperrt. Der zylindrische Ansatz 61 am Übergang vom Anker 24 zum Stössel 25 drosselt den Quer schnitt, durch den die zuströmende Druckluft passie ren muss, bevor sie auf die Fläche des Ankers 24 einwirken kann.
Dadurch werden Stösse auf den Anker und den Knopf 26 vermieden, die sich bei Handbetätigung unangenehm bemerkbar machen könnten.
Auf der Druckplatte 47 ist mit Schrauben 48 ein kappenförmiger Metallteil 50 befestigt, der mit der Druckplatte 47 einen Raum 56 einschliesst. Im Raum 56 ist eine Feder 57 untergebracht, die über eine mit dem Anker 24 verbundene Platte 58 den Anker 24 mit dem Stössel 25 nach oben drückt. Die Platte 58 wird von einer Mutter 49, die auf einem in den Anker 24 eingeschraubten Bolzen 60 sitzt, über eine Unterlegscheibe 51 und ein Zwischenstück 52 gegen den Anker 24 gepresst.
Auf dem mit 53 bezeichneten Schaftteil des Bol zen 60 ist ein Isolierstoffkäfig 62 befestigt, in dem zwei Kontaktbrücken 54 angeordnet sind, die unter der Wirkung von Federn 55 stehen. Die Kontakt brücken bilden zusammen mit feststehenden Kon taktteilen 63, deren Anschlussfahnen bei 74 zu sehen sind, die Kontakteinrichtung 28 mit zwei Öffnern (Ruhekontakten) und einem Schliesser (Arbeitskon takt).
Die Mutter 49, mit der die Platte 58 gegen den Anker 24 gepresst wird, bildet eine Kontermutter zur Sicherung der Lage des Bolzen 60, der mehr oder weniger tief in den Anker 24 eingeschraubt werden kann. Die Lage der Kontaktbrücken kann deshalb mit den genannten Befestigungsmitteln in bezug auf die feststehenden Kontaktteile leicht so eingestellt werden, dass die Ruhekontakte öffnen, bevor der Stössel 25 auf die Druckplatte 13 trifft, und dass die Arbeitskontakte erst dann geschlossen werden, wenn der Ventilteller in druckfreiem Zustand vom Ventilsitz abgehoben ist, bzw. die Feder 12 bei anste hender Druckluft entsprechend weit zusammenge drückt ist.
Diese Einstellung ist für die Verwendung des Ventils bei einer Druckluftsteuerung für elektri sche Schalter von besonderer Bedeutung, wie später beschrieben wird.
Das Ventil nach Fig. 4 ist für Druckluft in dem bei elektrischen Schaltern hauptsächlich vorkom menden Bereich von 5 bis 15 atü ohne Änderungen geeignet. Seine Wirkungsweise ist die gleiche, wie an Hand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Ein Öffnen ist nur im drucklosen Zustand möglich. Die vom Stössel 25 über die Druckplatte 13 und die Feder 12 auf den Ventilteller 6 ausgeübte Kraft kann dann die Kraft der Schliessfeder 5 überwinden.
Ist dagegen Einlass 15 mit einer Druckluftquelle verbunden, so gelangt die Luft durch die Abflachungen 33 in den Raum unterhalb des Ventiltellers und ergibt eine zu sätzliche Kraft in Schliessrichtung. Beim Drücken des Stössels wird dann nur die Feder 12 zusammenge drückt, nicht aber der Ventilteller bewegt.
Fig. 5 zeigt in schematisierter Darstellung die An wendung von Ventilen nach der Erfindung bei einer Druckluftsteuerung für elektrische Schalter. Zur Steuerung der beiden Trennschalter 72, 73, die z. B. zu einem nicht näher gezeichneten Doppelsammel- schienensystem gehören, sind vier Ventile 66, 67, 68 und 69 nach der Erfindung an eine Drucklufthaupt- leitung 65 angeschlossen. Je zwei dieser Ventile sind als Einschaltventile (66 bzw. 68) und Ausschaltventi le (67 bzw. 69) einem Doppelkolbendruckluftantrieb 70, 71 für die Betätigung der Trennschalter 72, 73 zugeordnet.
Die Ventile entsprechen in ihrem kon struktiven Aufbau dem in Fig. 4 dargestellten Ventil.
Die Verbindung der Drucklufthauptleitung 65 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle ist norma lerweise durch ein Haupt- oder Freigabeventil 64 verschlossen, das mit einem Elektromagneten 75 be tätigt wird. Die Erregung des Magneten 75 wird durch die mit dem Stössel 25 der Ventile 66 bis 69 gekoppelten Kontakteinrichtungen 28 gesteuert. Zu diesem Zweck sind die Öffner (Ruhekontakte) a und b und der Schliesser (Arbeitskontakt) c mit dem Ma gneten 75 in folgender Weise an eine Spannungsquel le angeschlossen: Der eine Pol einer geeigneten Steuerspannung, z.
B. der Pluspol einer Gleichspannung, ist über den Öffner a der Ventile 67, 68 und 69 geschleift und an den Schliesser c des Ventiles 66 gelegt. Die Schliesser c der anderen Ventile erhalten den Pluspol über den Öffner a des jeweils darüberliegenden Ventiles, also z. B. Schliesser 67c vom Öffner 68a. Der Schliesser 69c ist unmittelbar mit dem Pluspol der Spannungs quelle verbunden. Das eine Ende der Spule des Elek tromagneten 75 ist über die Öffner b der Ventile 66, 67 und 68 mit dem Schliesser c des Ventiles 69 ver bunden.
Die anderen Schliesser c sind an den Öffner b des jeweils Barunterliegenden Ventiles, also z. B. Schliesser 68c an den Öffner 67b, gelegt. Der Schliesser 67c führt unmittelbar zur Spule des Ma gneten 75, deren anderes Ende an den Minuspol der Steuerspannung gelegt ist.
Soll einer der Trennschalter 70, 71 ein- oder aus geschaltet werden, so wird das dazu erforderliche eine Ventil der Ventile 66 bis 69 geöffnet. In Fig. 5 ist gezeichnet, dass das Ventil 68 zum Einschalten des Trennschalters 73 betätigt wird, und zwar von Hand oder durch Fernbetätigung mit Hilfe der Spule 22. Das Ventil kann öffnen, weil die Leitung 65 wegen des normalerweise geschlossenen Ventils 64 drucklos ist, also keine Druckluft am Ventil 68 an steht.
Bei der Öffnungsbewegung des Stössels 25 unter bricht der Öffner 68a zunächst die Zuführung des Pluspoles zum Schliesser c der Barunterliegenden Ventile 67 und 66 und der Öffner 68b die vom Schliesser c des Barüberliegenden Ventils 69 kom mende Leitung zum Magneten 75. Dann drückt der Stössel 25 über die Feder 12 den Ventilteller 6 auf. Am Ende des Öffnungshubes wird über den Schlies- ser 68c folgender Stromkreis geschlossen: Pluspol, Öffner 69a, Schliesser 68c, Öffner 67b, Öffner 66b, Elektromagnet 75, Minuspol. Der Magnet 75 öffnet das Hauptventil 64.
Die Druckluft strömt von der Druckluftquelle durch die Leitung 65, das Ventil 68 zur unteren Kolbenseite des Doppelkolbendruckluft- antriebes 71 und schaltet den Trennschalter 73 ein. Eine ausreichende Luftmenge wird dabei durch eine bestimmte Öffnungszeit ,der Ventile unabhängig von der Stellung der Stössel 25 mit den Kontakteinrich tungen 28 sichergestellt. Die gegenüberliegende Seite des Antriebes 71 wird über das Ventil 69 entlüftet.
Eine Doppelbetätigung, d. h. eine Druckluftzu- fuhr durch mehr als eins der Ventile 66 bis 69 ist bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung mit Ventilen nach der Erfindung ausgeschlossen. Beim gleichzei tigen Betätigen von mehr als einem der Ventile 66 bis 69 unterbrechen sich die Kontakteinrichtungen 28 der Ventile wechselseitig mit den Öffnern a die Ver bindung zum Pluspol für alle Barunterliegenden Ven tile und mit den Öffnern b die Verbindung von den Schliessern c aller Barüberliegenden Ventile zu dem Magnet 75. Das Ventil 64 kann nicht öffnen.
Hat das Ventil 64 durch das Betätigen eines der Ventile 66 bis 69, z. B. des Ventils 67, jedoch bereits geöffnet, so dass die Druckluft ansteht, obwohl die Kontakteinrichtung 28 des Ventils 67 nach kurz zeitigem Antippen wieder in die Ruhestellung zurück gekehrt ist, so ist das Öffnen der anderen Ventile 66, 68 und 69 durch die an diesen geschlossenen Ventilen anstehende Druckluft selbst gesperrt. Diese Sperrung arbeitet unabhängig von einer fremden Energiequel le. Der Aufwand in mechanischer Hinsicht ist denk bar gering. Eine Beschädigung bei falscher Betäti gung ist ausgeschlossen, weil dabei lediglich die Feder 12 zusammengedrückt wird.