DD296868A5

DD296868A5 - QUICK OPENING VALVE FOR GENERATING STRONG PRESSURE IMPULSE AND SHOCK SHAFTS

Info

Publication number: DD296868A5
Application number: DD34321290A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Weise; Friedrich Walden
Original assignee: Bergakademie Freiberg,Dezernat Wissens-Und Technologietransfer,De
Priority date: 1990-08-02
Filing date: 1990-08-02
Publication date: 1991-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schnelloeffnungsventil zur Erzeugung starker Druckimpuls- und Stoszwellen, das fuer Technologien zur Impulsreinigung, zur Formsandverdichtung oder fuer aerodynamische Modelluntersuchungen zur Anwendung kommt. Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schnelloeffnungsventil zur Erzeugung starker Druckimpuls- und Stoszwellen zu entwickeln, das fuer den industriellen Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist, das ueber geringe bewegte Massen verfuegt und kurze reproduzierbare OEffnungszeiten garantiert. Erfindungsgemaesz wird die technische Aufgabe dadurch geloest, dasz die Schlieszelemente des Schnelloeffnungsventiles mechanisch mit einer Membran in Verbindung stehen, deren Federkennlinie in mindestens einem Bereich eine fallende Tendenz aufweist.{Schnelloeffnungsventil; hohe Standzeit; einfacher Aufbau; kurze OEffnungszeit; vorgeformte oder vorgespannte Membran; geringe Masse; hohe Beschleunigung}The invention relates to a quick release valve for generating strong pressure impulse and shock waves, which is used for impulse cleaning technologies, for molding sand compaction or aerodynamic model investigations. The technical object of the invention is to develop a quick release valve for generating strong pressure pulse and shock waves, which is suitable for industrial use at high temperatures, which has low moving masses and guarantees short reproducible OEffnungszeiten. According to the invention, the technical object is achieved in that the closing elements of the quick-action opening valve are mechanically connected to a diaphragm whose spring characteristic has a decreasing tendency in at least one region. {Quick release valve; high service life; easy construction; short opening time; preformed or prestressed membrane; low mass; high acceleration}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Schnellöffnungsventil zur Erzeugung starker Druckimpuls- und Stoßwellen, das z. B. für Technologien zur Impulsreinigung, zur Formsandverdichtung oder für aerodynamische Modelluntersuchungen zur Anwendung kommt.The invention relates to a quick opening valve for generating strong pressure pulse and shock waves z. B. for impulse cleaning technologies, for molding sand compaction or for model aerodynamic investigations.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Zur Stoßwellenerzeugung sind Kammern bekannt, die als Absperrorgan zwischen Hoch- und Niederdruckteil eine Membran enthalten. Diese Membran wird durch die Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckteil oder spezielle Mittel zum schnellen Bersten gebracht.For shock wave generation chambers are known, which contain a diaphragm as a shut-off between high and low pressure part. This membrane is brought by the pressure difference between high and low pressure part or special means for rapid bursting.

Um periodische Stoßwellenfolgen erzeugen zu können, ist die Membran in der Kammer nach jeder Stoßwelle zu erneuern. Die Erneuerung wird durch den Einsatz von Membranbändern realisiert.In order to be able to generate periodic shock wave sequences, the membrane in the chamber should be renewed after each shock wave. The renewal is realized through the use of membrane tapes.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sie für den robusten Industrieeinsatz nicht geeignet ist und gleichzeitig einen hohen Kostenaufwand erforderlich macht. Die Ursachen dieser Nachteile resultieren aus der komplizierten Führungs- und Spanneinrichtung, die im Falle eines periodischen Betriebes erforderlich ist, um nach jeder erzeugten Stoßwelle die Membran zwischen Hoch- und Niederdruckteil zu erneuern, da mit jeder Membran nur eine Stoßwelle erzeugt werden kann. Aus dem Stand der Technik sind auch Ausführungsformen von Schnellöffnungsventilen bekannt, die für den Einsatz in Vorrichtungen zur Formsandverdichtung der Gießereitechnik bestimmt sind. Die Nachteile dieser Schnellöffnungsventile bestehen darin, daß sie eine relativ große Öffnungszeit aufweisen und für den Einsatz bei hohen Temperaturen nicht geeignet sind. Die Ursachen für diese Nachteile bestehen in den großen bewegten Massen, von denen die realisierbare Öffnungszeit abhängt. Darüber hinaus sind diese Schnellöffnungsventile für den Einsatz bei höheren Temperaturen infolge des verwendeten Materials nicht geeignet.The disadvantage of this solution is that it is not suitable for the robust industrial use and at the same time requires a high cost. The causes of these disadvantages result from the complicated guiding and tensioning device, which is required in the case of a periodic operation to renew the membrane between high and low pressure part after each shock wave generated because only one shock wave can be generated with each membrane. Embodiments of rapid opening valves are also known from the prior art, which are intended for use in devices for molding sand compaction of the foundry technology. The disadvantages of these quick-opening valves are that they have a relatively large opening time and are not suitable for use at high temperatures. The causes of these disadvantages are the large moving masses, on which the realizable opening time depends. In addition, these quick-opening valves are not suitable for use at higher temperatures due to the material used.

üielder Erfindungüielder invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Aufbau von Schnellöffnungsventilen zur Erzeugung periodischer Druckimpuls- und Stoßwellen zu vereinfachen, den Instandhaltungsaufwand zu senken und die Standzeit bei Industriebetrieb unter hohen Temperaturen zu erhöhen.The aim of the invention is to simplify the construction of quick-opening valves for generating periodic pressure pulse and shock waves, to reduce the maintenance costs and to increase the service life in industrial operation under high temperatures.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schnellöffnungsventil zur Erzeugung starker Druckimpuls- und Stoßwellen zu entwickeln, das für den industriellen Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist, das über geringe bewegte Massen verfügt und damit kurze reproduzierbare Öffnungszeiten garantiert.The technical object of the invention is to develop a quick-opening valve for generating strong pressure pulse and shock waves, which is suitable for industrial use at high temperatures, which has low moving masses and thus guarantees short reproducible opening times.

Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schließelemente des Schnellöffnungsventiles mechanisch mit einer Membran oder Platte in Verbindung stehen, deren Federkennlinie in mindestens einem Bereich eine fallende Tendenz aufweist. Die Membran oder Platte kann aber auch selbst als Schließelement ausgebildet sein, Die RealisierungAccording to the invention the technical object is achieved in that the closing elements of the quick-opening valve are mechanically connected to a membrane or plate in connection whose spring characteristic has a falling tendency in at least one area. The membrane or plate can also be designed as a closing element itself, the realization

dieser nichtlinearon Federkennlinie erfolgt durch radiale oder tangential Vorspannung oinor ebonen Membran oder Platte innerhalb des Schnellöffnungsventils, durch oino gekrümmte Form der Mombran oder durch eine radiale oder tangential Vorspannung einer gekrümmten Membran oder Platte.This nonlinear spring characteristic is achieved by radial or tangential preload oinor ebonen membrane or plate within the quick opening valve, by ooho curved shape of the Mombran or by a radial or tangential bias of a curved membrane or plate.

Ais Membran oder Platte sind folgende zwei Varianten einsetzbar. Die Membran oder Platte kann durch entsprechende Werkzeuge vorgeformt sein, so daß sich die geforderte nichtlineare Federkennlinie ergibt. Die Membran oder Platte kann aber auch eben ausgebildet sein und die Vorspannung durch Eindrücken der ebenen Membran odor Platte in einen konischen Sitz erfolgen. Auf diese Weise wird die ebene Membran oder Platte an Ihrem Rand gleichmäßig radial nach innen gerichtet mit einer Druckspannung beaufschalgt, aus der sich dann wiederum die gcfordarte Federkonnlinie ergibt. Durch die Größe der eingestellten Druckspannung ist eine optimale Einstellung der Federkennlinie auf die jeweiligen konstruktiven und werkstpfftechnischen Gegebenheiten und Toleranzen möglich. Beide Varianten können zweckmäßigerweise auch miteinander kombiniert werden.The following two variants can be used as membrane or plate. The membrane or plate may be preformed by appropriate tools, so as to give the required nonlinear spring characteristic. But the membrane or plate may also be flat and the bias by pressing the flat membrane odor plate done in a conical seat. In this way, the flat membrane or plate at its edge even radially inwardly beaufschalgt with a compressive stress, which in turn results in the gcfordarte Federkonnlinie. Due to the size of the set compressive stress is an optimal adjustment of the spring characteristic to the respective structural and werkstpfftechnischen conditions and tolerances possible. Both variants can be suitably combined with each other.

Durch diese nichtlineare Federkennlinie wird bei Durchgang durch den fallenden Boreich der Federkonnlinie eino stark beschleunigte Auslenkung der Mombran oder Platte bewirkt, die innerhalb dos Schnellöffnungsventils eine Erhöhung der Öffnungsgoschwindigkeit zur Folge hat. Die rudiale oder tangential Vorspannung kann mechanisch und/oder durch Aufbringen einer elektromagnetischen Kraft erfolgen. Mit einer elektromagnetischen Kraft wird insbesondere bei der Steuerung mehrerer Schnellöffnungsventile eine bessere Steuerung und Synchronisation erreicht.By this non-linear spring characteristic, when passing through the falling Boreich the Federkonnlinie eino greatly accelerated deflection of Mombran or plate causes, which has an increase in the Öffnungsgoschwindigkeit within dos quick-opening valve. The rudial or tangential bias can be done mechanically and / or by applying an electromagnetic force. With an electromagnetic force better control and synchronization is achieved in particular in the control of several quick-opening valves.

Der Öffnungsvorgang der Schlioßelemento des Schnollöffnungsventils erfolgt durch die erfindungsgemäße Membran oder Platte und deren Anordnung innerhalb des Schnellöffnungsventils derart, daß durch den auf die Membran oder Platte wirkenden Überdruck oder andere Kräfte zunächst eine hohe Kraft aufgebracht werden muß, um die Vorspannung oder Verformung der Membran oder Platte zu überwinden. Danach ist zur weiteren Auslenkung der Membran oder Platte infolge der nichtlinearen Federkennlinie eine wesentlich geringere bzw. gar keine Kraft erforderlich. Da aber infolge des Überdruckes oder der anderen Kräfte noch eine größere als die nunmehr notwendige Kraft wirkt, erfolgt infolge der inneren Spannung der Membran oder Platte die Auslenkung mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit. Der Schlioßvorgang des Schnellöffnungsventiles erfolgt entweder selbständig auf Grund des Druckabbaues innerhalb der Druckkammer, kann aber auch durch eine zusätzlich angeordnete Feder unterstützt oder durch elektromagnetische Maßnahmen fremdgesteuert werden. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß die beim Öffnungsvorgang zu bewegenden Massen sich im wesentlichen auf die Membran oder Platte und eventuell die Schließelemente reduzieren, so daß von vornherein, unterstützt durch die infolge der nichtlinearen Federkennlinie hervorgerufene Beschlounigungswirkung, gegenüber bekannten Schnellöffnungsventilen wesentlich kürzere Öffnungszeiten realisierbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht im einfachen Aufbau des gesamten Schnellöffnungsventiles und der daraus resultierenden geringen Störanfälligkeit, womit gleichzeitig eine hohe Standzeit und ein geringer Instandhaltungsaufwand und damit geringe Kosten erzielt werden können. Als Material für die Membran oder Platte können temperaturbeständige Werkstoffe verwendet werden, die den Einsatz des Schnellöffnungsventiles auch bei hohen Temperaturen gestatten.The opening operation of Schlioßelemento the Schnollöffnungsventils carried by the membrane or plate according to the invention and their arrangement within the quick-opening valve such that initially high force must be applied by the pressure acting on the membrane or plate overpressure or other forces to the bias or deformation of the membrane or Overcome the plate. Thereafter, a substantially lower or no force is required for further deflection of the membrane or plate due to the non-linear spring characteristic. But as a result of the overpressure or other forces even greater than the now necessary force acts, takes place due to the internal tension of the membrane or plate, the deflection at a much higher speed. The Schlioßvorgang the quick opening valve is carried out either automatically due to the pressure reduction within the pressure chamber, but can also be supported by an additionally arranged spring or externally controlled by electromagnetic measures. The advantages of the inventive solution are that the masses to be moved during the opening are substantially reduced to the membrane or plate and possibly the closing elements, so that from the outset, supported by the nonlinear spring characteristic caused by the Beschlounigungswirkung compared to known Schnellöffnungsventilen much shorter opening times are feasible. Another advantage is the simple design of the entire quick-opening valve and the resulting low susceptibility, which at the same time a high life and low maintenance costs and thus low costs can be achieved. As a material for the membrane or plate temperature-resistant materials can be used, which allow the use of the quick-opening valve, even at high temperatures.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Zur Verdeutlichung ist dazu in Figur 1 der Aufbau eines Schnellöffnungsventiles mit mechanischer Vorspannung dargestellt.To illustrate this is shown in Figure 1, the structure of a quick opening valve with mechanical bias.

Über den Einlaßkanal 3 wird der Druckkammer 2 ein Druckmedium zugeführt. Die Membran 1 wird bei der Montage durch denVia the inlet channel 3, the pressure chamber 2 is supplied with a pressure medium. The membrane 1 is in the assembly by the

Spannring 4 in den konischen Membransitz B gedrückt und damit vorgespannt. Beim Öffnungsvorgang ist durch die Kraft des Druckmediums zunächst die Vorspannkraft der Membran 1 zu überwinden. Danach erfolgt infolge der nichtlinearen Federkennlinie der beschleunigte Öffnungsvorgang. Durch den Druckabbau infolge Entleerung der Druckkammer 2 in den Auslaßkanal 7 wird die Membran 1 durch die Feder 6 wieder in ihre Ausgangsstellung zurncK-ebracht und der Öffnungsvorgang kann erneut beginnen. Zur Begrenzung der Auslenkung der Membran im geöffneten Zustand ipt ein verstellbarer Anschalg 8 vorgesehen.Clamping ring 4 pressed into the conical diaphragm seat B and thus biased. During the opening process, the biasing force of the membrane 1 must first be overcome by the force of the pressure medium. Thereafter, due to the non-linear spring characteristic of the accelerated opening operation. Due to the pressure reduction due to emptying of the pressure chamber 2 in the outlet channel 7, the membrane 1 is returned to its original position by the spring 6 and the opening process can begin again. To limit the deflection of the membrane in the open state ipt an adjustable Anschalg 8 is provided.

Bei kontinuierlicher Beaufschlagung des Schnellöffnungsventiles mit dem Druckmedium werden durch den ständig wechselnden Öffnungs- und Schließvorgang periodische Druckimpuls- oder Stoßwellen mit einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit erzeugt.When the rapid opening valve is continuously charged with the pressure medium, the ever-changing opening and closing operation generates periodic pressure pulse or shock waves at a high rate of rise.

Für die Anordnung der Membran 1 sind weitere Ausführungsformen realisierbar, die in Figur 2 bis 5 dargestellt sind.For the arrangement of the membrane 1 further embodiments can be realized, which are shown in Figure 2 to 5.

In Figur 2 verschließt eine vorgeformte Membran 1 ähnlilch wie in Figur 1 den Auslaßkanal 7. Durch die Druckbeaufschlagung am Rand der Membran 1 erfolgt die Auslenkung, damit die Öffnung des Auslaßkanals 7 und somit der Druckabbau. Die vorgeformte Membran 1 geht infolge einer äußeren Kraft wieder in ihre Ausgangsstellung zurück und verschließt damit den Auslaßkanal, so daß der Druckaufbau von Neuem beginnen kann.In Figure 2, a preformed membrane 1 similar as in Figure 1 closes the outlet channel 7. By the pressurization at the edge of the membrane 1, the deflection takes place, so that the opening of the outlet channel 7 and thus the pressure reduction. The preformed membrane 1 is due to an external force back to its original position and thus closes the outlet channel, so that the pressure build-up can begin again.

In Figur 3 ist eine radial vorgespannte Membran 1 vorgesehen, die mit einem den Auslaßkanal 7 verschließenden Schließelement 9 in Verbindung steht. In Figur 4 erfolgt die Druckbeaufschlagung der Membran 1 über mit der Membran 1 verbundene Schließelemente 9 für die Einlaßkanäle 3. In Figur 5 ist eine andere Form einer vorgeformten Membran 1 dargestellt, wobei der Überdruck weder schließend, wie in Figur 1 und 2, noch öffnend, Wie in Figur 4, sondern neutral wirkt.In Figure 3, a radially biased membrane 1 is provided, which is in communication with a closing the outlet channel 7 closing element 9. In FIG. 4, the membrane 1 is pressurized via closing elements 9 connected to the membrane 1 for the inlet channels 3. FIG. 5 shows another form of a preformed membrane 1, wherein the overpressure is neither closing, as in FIGS. 1 and 2, still open As in Figure 4, but neutral acts.

Claims

1. Quick opening valve for generating strong pressure pulse or shock waves, consisting of a pressure chamber with inlet and outlet ports and an actuator, characterized in that within the pressure chamber (2) as a diaphragm actuator (1) is arranged in at least a portion of their Spring characteristic has a falling tendency.

2. Quick-opening valve according to claim 1, characterized in that the membrane (1) is preformed curved.

3. Quick-opening valve according to claim 1, characterized in that the membrane (1) within the pressure chamber (2) is arranged biased.

4. Quick-opening valve according to claim 3, characterized in that the membrane (1) is arranged in a conical diaphragm seat and biased by a clamping ring (4).

5. Quick-opening valve according to claim 1 to 4, characterized in that the membrane (1) is biased electromagnetically.

6. Quick-opening valve according to claim 1 to 5, characterized in that within the pressure chamber (2) a deflection of the membrane (1) on one side limiting stop (8) is arranged.

7. Quick-opening valve according to claim 1 to 5, characterized in that the membrane (1) with a spring (6) is in communication.