CH689171A5 - Vakuumventil. - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumventil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. 



  Es sind elektromagnetisch betriebene Vakuumventile bekannt, bei denen der elektromagnetische Antrieb nur in \ffnungsrichtung wirkt, damit bei Stromausfall das Ventil in die sichere Schliessstellung übergeführt wird. Bei derartigen elektromagnetisch getriebenen Vakuumventilen ist es weiter bekannt, für das Offenhalten des Ventils in stationärer Position durch Spulenumschaltung auf eine bezüglich zur \ffnungskraft wesentlich verringerte Offenhaltungskraft umzuschalten. Dadurch wird das Entstehen von Übertemperaturen im stationären \ffnungsbetrieb verhindert, was bei Einspulenausführungen in der Regel mittels eines Übertemperaturschutzes realisiert wird. 



  In \ffnungs- und Schliessrichtung wirkende Magnetantriebe für Vakuumventile sind eher die Ausnahme, weil durch nur in \ffnungsrichtung magnetisch getriebene und federmechanisch in Schliessstellung gebrachte den Vorteil mit sich bringen, dass bei Energieausfall das Ventil in die sichere Schliessstellung übergeführt wird. 



  Die Standzeit derartiger Vakuumventile ist auf ca. 200 000 Betätigungszyklen beschränkt. Diese Standzeit wird insbesondere durch Prellerscheinungen sowohl beim elektromagnetischen Überführen in die \ffnungsposition wie auch und insbesondere auch durch das federmechanisch getriebene Überführen in Schliessposition bedingt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass üblicherweise zwischen betätigter Ventilstange/Ventilteller und Gehäuse ein metallischer Faltenbalg angeordnet ist, insbesondere um Schliessfederorgane und reibende Dichtungen an der Ventilstange gegen Vakuum zu kapseln. Nachschwingen des Faltenbalges, welches zu verhindern  Bestreben der in der EP-A 0 264 466 offenbarten Technik ist, begrenzt in besonderem Ausmasse die obgenannte Standzeit. 



  Zum Stand der Technik bezüglich magnetbetätigter Vakuumventile sei im weiteren verwiesen auf CH-A 653 103, welche eine pneumatische Regeleinrichtung für ein Vakuumventil zeigt, EP-A 0 219 572, die eine Kombination von Elektrohubmagneten und Permanentmagneten zeigt, DE-A 3 704 504, welche ein elektromagnetisch betätigtes Rohranschlussventil zeigt, EP-A 0 173 115, welche ebenfalls ein Magnetventil für Vakuumanwendungen offenbart. 



  Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vakuumventil obgenannter Art vorzuschlagen, bei welchem die Standzeiten bedeutend verbessert werden. 



  Diese Aufgabe wird durch das obgenannte Vakuumventil gelöst, ausgebildet gemäss kennzeichnendem Teil von Anspruch 1. 



  Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Vakuumventils sind in den Ansprüchen 2 bis 11 spezifiziert, wobei auf die besonders bevorzugten Ausführungsvarianten gemäss folgender Ansprüche speziell hingewiesen sei: 



  Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3, bei der über eine Überströmungsleitungsanordnung gegensinnig wirkende Zylinderanordnungskammern verbunden sind, wird ein geschlossenes Druckmediumssystem realisiert und kein Dämpfungsmedium extern in die Zylinderanordnung eingesaugt bzw. daraus ausgestossen. Dadurch wird das erfindungsgemässe Vakuumventil besonders billig, und das Einbringen von Partikeln in die Kolben/Zylinder-Anordnung wird vermieden. 



  Bei der Ausführung gemäss Anspruch 5, d.h. der Auswahl  pneumatischer Dämpfung und nicht der erfindungsgemäss ebenfalls möglichen hydraulischen, z.B. Wasser-, \l-, Gallerte-, Ferrofluid-Dämpfung oder eine Kombination, werden allfällige Restleckagen des Dämpfungsmediums in das Vakuumsystem wesentlich unkritischer, und zudem wird der konstruktive Aufwand wesentlich verringert, kann doch als Dämpfungsmedium bevorzugterweise Atmosphärenluft eingesetzt werden. 



  Gemäss Vorgehen nach Anspruch 7 können die vorgesehenen, die Strömungsleitwerte in überwiegendem Masse festlegenden Organe gleichzeitig zur Filterung des Dämpfungsmediums bei seiner Ein/Aus-Strömung bezüglich der vorgesehenen Kammern an der Zylinderanordnung eingesetzt werden. 



  Bei Ausbildung nach Anspruch 8 ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise, indem die Kolbenanordnung, welche ohnehin mit geringstmöglichem gedichtetem Luftspalt in der jeweiligen Zylinderkammer geführt ist, als Magnetanker des magnetischen Antriebes eingesetzt wird, bei dem bezüglich Luftspalt zur Spulenanordnung dieselben Bedingungen gelten. 



  Nach Anspruch 10 wird zur Schliesskraftunterstützung eine koaxial zur Ventilstange wirkende Magnetanordnung vorgesehen, d.h. eine Anordnung, bei der das treibende Magnetfeld durch einen koaxial und axial ausgerichteten Luftspalt wirkt. 



  Bevorzugterweise wird das erfindungsgemässe Ventil weiter als zum \ffnen magnetisch, zum Schliessen federmechanisch betätigtes Ventil ausgebildet. 



  Die Erfindung wird anschliessend anhand von Figuren erläutert. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1 in Form eines Funktionsblockdiagrammes den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemässen Vakuumventils in zwei gegebenenfalls kombinierbaren, besonders bevorzugten Ausführungsvarianten, 
   Fig. 2 die Dämpfungseinheit gemäss Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsvariante am erfindungsgemässen Vakuumventil, 
   Fig. 3 als Beispiel weiterer Ausbauvarianten des erfindungsgemässen Vakuumventils die Serieschaltung zweier Dämpfungseinheiten, ausgebildet nach einer der in Fig. 1 gezeigten Ausbildungsvariante, 
   Fig. 4 teilweise längsgeschnitten, eine heute bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Vakuumventils mit heute gar bevorzugter Ausbildungsvariante. 
 



  Gemäss 1 Fig. 1 kann das erfindungsgemässe Vakuumventil in drei Funktionseinheiten unterteilt werden. Eine Antriebseinheit 1, wie schematisch dargestellt, elektromagnetisch auf einen an einer Ventilstange 3 angebrachten Anker 5 wirkend und entweder in Schliessrichtung S und \ffnungsrichtung O oder nur in \ffnungsrichtung O wirkend, wobei dann eine in Fig. 1 nicht dargestellte Federmechanik den Antrieb in Schliessrichtung S vornimmt, wirkt auf die erwähnte Ventilstange 3. An einer Dämpfungseinheit 7 wird die Bewegung der Ventilstange und damit des Ventiltellers in noch zu beschreibender Art und Weise gedämpft. Die Ventilstange 3 wirkt weiter auf die  Schliess/\ffnungs-Einheit 91 woran vakuumtechnische Verbindungen erstellt bzw. unterbrochen werden.

   Die die vorliegende Erfindung insbesondere betreffende Dämpfungseinheit 7 umfasst eine als Kolben wirkende Partie 11 an der Ventilstange 3, im weiteren Dämpfungskolben genannt. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass Ventilstange 3 mit Einheit 9 genereller ein \ffnungs- und Schliessorgan bilden können, wie z.B. den Schieber eines Schieberventils. Der Dämpfungskolben 11 wirkt mit einer gehäusefesten Doppelzylinderanordnung zusammen, in Fig. 1 mit 13 bezeichnet. Bei Betätigung der Ventilstange 3 und entsprechender Verschiebung des Dämpfungskolbens 11 in der Doppelzylinderanordnung 13 kommen die Überströmleitungen zwischen den komplementär belasteten und entlasteten Kammern der Doppelzylinderanordnung zur Wirkung.

   Mittels vorzugsweise einstellbarer Überströmungssteuergliedern 15a am Kolben 11, 15b in einer gehäuseseitigen bzw. zylinderanordnungsseitigen Überströmverbindung wird die Dämpfungscharakteristik eingestellt oder vorgegeben. Die Glieder 15a, 15b können dabei durch entsprechend bemessene Drosselstellen oder Leitungsquerschnitte realisiert sein, durch Rückschlagventilanordnungen, durch einstellbare Blenden oder, wie noch zu beschreiben sein wird und bevorzugt, durch Filtereinsätze in die Überströmöffnung bzw. -leitung, welche die Strömungsleitwerte nach Wunsch festlegen. Gegebenenfalls weisen die Glieder 15a, 15b strömungsrichtungs-spezifische Drosselwirkung auf, wie z.B. wenn mit Rückschlagventilen realisiert. 



  Bevorzugterweise sind die genannten Filtereinsätze zur Einstellung der erwünschten Charakteristik, gegebenenfalls unterschiedlichen Charakteristik, für das \ffnen und Schliessen auswechselbar. 



  Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsvariante hat weiter den wesentlichen Vorteil, dass das Dämpfungsmediumssystem in sich geschlossen ist. Als Dämpfungsmedium wird erfindungsgemäss bevorzugterweise ein Gas, insbesondere Umgebungsluft, eingesetzt, wiewohl es durchaus möglich ist, wie auch aus Fig. 1 ersichtlich, als Dämpfungsmedium eine Flüssigkeit einzusetzen, also die Dämpfung hydraulisch vorzunehmen. 



  In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsvariante der Dämpfungseinheit 7 am erfindungsgemässen Vakuumventil dargestellt, bei der Ein/Aus-Strömungsleitungen 17a, 17b zu den vom Dämpfungskolben 11 getrennten Doppelzylinder-Anordnungskammern vorgesehen sind, die mit einem gestrichelt dargestellten Dämpfungsmediumsvorrat 19 kommunizieren, wie beispielsweise und bevorzugterweise mit der Luftumgebung. Auch hier sind die anhand von   Fig. 1 erläuterten Stellglieder 15 für die Einstellung der Dämpfungscharakteristik für Ventilstange 3 vorgesehen. 



  Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass gegebenenfalls zwei oder mehrere der anhand der Fig. 1 und 2 dargestellten Zylinderanordnungen bezüglich Wirkung auf die Kolbenstange 3 seriegeschaltet werden können, wie dies als Beispiel und ohne weiteres verständlich in Fig. 3 dargestellt ist. 



  In Fig. 4 ist eine heute bevorzugte Realisationsform des erfindungsgemässen Vakuumventils dargestellt. Der Übersicht halber sind für die erfindungswesentlichen Teile, welche bereits anhand der  Fig. 1 bis 3 erläutert wurden, dieselben Bezugszeichen verwendet. Die Darstellung zeigt rechts der Ventilachse A das Ventil in \ffnungsposition, links in Schliessposition. 



  Auf der Ventilstange 3 ist der Anker 30 der durch letzteren und die Spulenanordnung 32 gebildeten magnetischen \ffnungsantriebseinheit 1 gemäss Fig. 1 axial verschieblich gelagert. Der Anker 30 wirkt in \ffnungsrichtung des Ventils auf die an der Ventilstange 3 eingearbeitete Schulter 3a. Der Anker 30 ist im weiteren an der Ventilstange 3 schwimmend gelagert, was in der Praxis dadurch realisiert ist, dass die Bohrung 3b im Anker 30 bezüglich des die Schulter 3a bildenden kleindurchmessrigeren Abschnittes der Ventilstange 3 Spiel aufweist. Dadurch wird erreicht, dass, unabhängig von Fertigungstoleranzen, der Anker 30 in Schliessposition (in der Figur rechts) sich absolut bündig spaltfrei an die plane, ortsfeste Gegenfläche einjustieren kann, gegenüber welcher er mittels eines Dämpfers 30b abgedämpft wird.

   Der gleichzeitig als Dämpfungskolben 11 wirkende Anker 30, im weiteren Ankerkolben 30, 11 genannt, gleitet mittels Dichtungen 34 dichtend in der Doppelzylinderanordnung 13, worin der Ankerkolben 30, 11, je nach seiner Position, die Zylinderkammern 13o, 13u festlegt. Eine erste Ein/Aus-Strömleitung 36u mündet in die untere Kammer 13u der Zylinderanordnung 13 ein, eine weitere Ein/Aus-Strömleitung 36o in die obere 13o. Als Strömungsstellglied 15c gemäss  Fig. 3 sind in die Ein/Aus-Strömleitungen 36 Filter wählbarer Strömungsleitwerte eingesetzt. Sie sind auswechselbar. Wie gestrichelt bei 38 dargestellt, ist zusätzlich oder anstelle der Leitungen 36 im Ankerkolben 30, 11 eine Überströmleitung 38 eingearbeitet, worin ebenfalls beispielsweise ein Filter gegebenen Strömungsleitwertes 15c, vorzugsweise auswechselbar, eingebaut ist.

   Soweit beschrieben, entspricht das Ventil gemäss Fig. 4 mit der Überströmleitung 38 der Variante mit 15a von Fig. 1 mit den Leitungen 36 dem Aufbau gemäss Fig. 2. Die Kolbenstange 3 wirkt auf einen Ventilteller 40, an welchen sich eine Schliessfeder 42 abstützt, welche zylinderanordnungsseitig widergelagert ist. Der Ventilteller  40 schliesst bzw. öffnet eine Verbindung zwischen Leitungen 44 und 46 eines Vakuumsystems und ist mittels eines Metallbalges 48 gegenüber Ventilstange 3 mit Schliessfeder 42 und Dämpfungseinheit/Antriebseinheit 7 bzw. 1 gekapselt. 



  Bevorzugterweise ist um die durch Ventilteller 40 zu schliessende \ffnung von Leitung 44 als eine Realisationsform einer axial magnetfeldunterstützten Ventilschliessung ein Permanentmagnetring 50 vorgesehen, welcher in der links der Achse A dargestellten Schliessposition von Ventilteller 40 dessen bleibend dichtendes Schliessen mittels Dichtung 52 am \ffnungsrand sicherstellt. 

Claims (11)

1. Vakuumventil mit Ventilstange (3) sowie magnetischem Antrieb (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (3) als Kolbenanordnung (11) in einer Dämpfungsmedium-gefüllten Doppelzylinderanordnung (13) wirkt, an der die Über- und/oder Ein/Aus-Strömungsleitwerte für das Dämpfungsmedium zur Vorgabe betätigungsrichtungs-spezifischer Dämpfung der Ventilstangenbewegung eingestellt sind.

2. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (11) und die Doppelzylinderanordnung (13) mindestens einen Kolben sowie eine doppelseitige, auf den Kolben (11) wirkende Zylinderkammer umfassen.

3.

Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Paare gegensinnig auf die Kolbenanordnung wirkender Zylinderkammern durch eine Überströmungsleitungsanordnung verbunden sind, angeordnet (15a) durch die Kolbenanordnung, und/oder stationär (15b) Zylinderkammern verbinden.

4. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kammern der Doppelzylinderanordnung durch Ein/Aus-Strömungsleitungen (15c) mit einem Dämpfungsmediumsvorrat (19) verbunden sind.

5. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium ein Gas, vorzugsweise Atmosphärenluft, ist.

6.

Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitwerte an mindestens Teilen der Über- und/oder Ein/Aus-Strömungsleitungen für das Dämpfungsmedium durch Auswechseln oder Verstellen von diese Leitwerte im wesentlichen festlegenden Teilen (15a, b, c; 15) einstellbar sind, wie beispielsweise durch verstellbare Drossel- oder Rückschlagventile.

7. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungsleitwert festlegende Teile mindestens in Teilen der Über- oder Ein/Aus-Strömungsleitungen Filter, vorzugsweise auswechselbare Filter, vorgesehen sind.

8. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kolben der Kolbenanordnung gleichzeitig Magnetanker (30, 11) des magnetischen Antriebes ist.

9.

Vakuumventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als Magnetanker axial verschieblich und in \ffnungsrichtung gegen einen Anschlag (3a) an der Ventilstange (3) wirkend mit Spiel so an der Ventilstange (3) gelagert ist, dass er sich luftspaltfrei an eine Polschuhfläche der Magnetanordnung (32, 30b) einjustiert.

10. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schliesskraftunterstützung eine über einen koaxial zur Ventilstange (3) angeordnete und axial wirkende Magnetanordnung (50) mindestens Teil des magnetischen Antriebes (1) bildet.

11. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Antrieb öffnend wirkt und eine Federmechanik (42) schliessend.