DE10231871A1

DE10231871A1 - Vorrichtung zum Regeln des Gasstromes zu einem Brenner

Info

Publication number: DE10231871A1
Application number: DE10231871A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kammerahl; Martin Petersmann
Original assignee: G Kromschroeder AG
Current assignee: Elster Kromschroeder GmbH
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-01-22
Also published as: EP1382907A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln eines Gasstromes in einer Gasleitung zu einem Brenner, mit einem Gehäuse (2), das einen Eingang (3), einen Ausgang (4) und eine Durchtrittsöffnung (5) aufweist, welche mit mindestens einem Ventilsitz (6) versehen ist, mit mindestens einem Ventilkörper (8), der dem Ventilsitz (6) zugeordnet ist und der mit einer Ventilspindel (9) verbunden ist und mit einem Stellantrieb (10), der in Abhängigkeit von der Abweichung einer Regelgröße von einem Sollwert auf die Ventilspindel (9) einwirkt. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist der Stellantrieb (10) eine Tauchspule (11) auf, die auf die Ventilspindel (9) einwirkt, wobei die Tauchspule (11) in einem Luftspalt (12) im Magnetfeld einer Magneteinrichtung (13, 14, 15) berührungsfrei axial bewegbar ist, dass auf den Ventilkörper (8) eine Schließfeder (17) in Schließrichtung einwirkt und dass der Ventilsitz (6) oder der Ventilkörper (8) derart ausgebildet ist, dass die Durchtrittsöffnung (5) abdichtbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Gasstromes in einer Gasleitung zu einem Brenner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Praxis sind derartige Regelvorrichtungen bekannt, die als Stellantrieb einen Schrittmotor aufweisen, der Stellsignale von einem Regeleinheit, insbesondere zur Regelung des Gas-/Verbrennungsluftverhältnisses erhält. Bei einem Stromausfall verharrt der Schrittmotor in seiner jeweiligen Position, so dass Gas durch die Durchtrittsöffnung strömen kann.
Weiterhin sind Regelvorrichtungen bekannt, die einen Stellantrieb mit einer Regelmembran aufweisen. Die Regelmembran vergleicht den Druck im Ausgang der Vorrichtung mit einem Sollwert und erzeugt in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Stellsignal. Auch mit einer derartigen Regelvorrichtung ist ausschließlich die Regelung der Gaszufuhr, aber nicht das Schließen der Gaszufuhr zu einem Brenner möglich.
In jedem Fall muss daher in der Gasleitung zusätzlich zu der Regelvorrichtung ein Schließventil gesehen werden. Eine Kombination aus Schließventil und Regelvorrichtung ist jedoch gerätetechnisch relativ aufwendig und somit kostenintensiv.
Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass zusätzlich zu der Regelfunktion die Möglichkeit besteht, den Gasstrom abzusperren.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Wird die Stromzufuhr zur Tauchspule unterbrochen, wird diese kraftlos und die Schließfeder drückt den Ventilkörper auf den Ventilsitz. Der Ventilkörper oder der Ventilsitz sind derart ausgebildet, dass die Durchtrittsöffnung abdichtbar ist, d. h. wenn sich der Ventilkörper in der geschlossenen Stellung befindet, muss die Durchtrittsöffnung dicht sein. Damit ist gemeint, dass die Anforderungen der einschlägigen DIN-Normen an die Dichtheit von Sicherheitsabsperrventile erfüllt sein müssen.
Die Vorrichtung ist einfach aufgebaut und arbeitet gleichzeitig als Regelvorrichtung und als Absperrventil und ersetzt somit zwei Bauteile, nämlich ein separates Regelventil und ein Absperrventil. Auf diese Weise können erhebliche Kosten eingespart werden.
Das homogene Magnetfeld aus Tauchspule und Magneteinrichtung zentriert die Tauchspule geometrisch genau im Luftspalt der Magneteinrichtung. Das hat den Vorteil, dass die Tauchspule praktisch reibungsfrei axial bewegbar ist. Die Tauchspule schwebt praktisch berührungsfrei in dem ringförmigen Luftspalt der Magneteinrichtung. Der Stellantrieb arbeitet somit ohne nennenswerte Hysterese, was eine wesentliche Voraussetzung für elektrische Regelkreise ist.
Vorzugsweise erhält die Tauchspule Stellsignale von einem Regel/Steuergerät, der als Eingangsgrößen die Ausgangssignale eines Sensors erhält, wobei der Sensor dem Brenner zugeordnet ist und den Zustand der Verbrennung erfasst.
Eine wesentliche Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, dass sich zwischen der Ventilspindel und der Tauchspule eine Regelmembran befindet, die auf der der Tauchspule entgegengesetzten Seite von dem Druck im Ausgang beaufschlagt ist, wobei die Tauchspule mit einem Strom beaufschlagt wird, der dem Sollwert des Druckes im Ausgang proportional ist. Bei dieser Ausführungsform dient also die Tauchspule als Sollwertgeber für die Regelmembran.
Vorteilhafterweise weist die Magneteinrichtung einen Magneten auf, dessen Magnetfeldlinien mittels Leitelementen aus magnetisch leitfähigem Material in den Luftspalt geleitet werden. Die Leitelemente dienen in bekannter Art und Weise zur Bündelung der Magnetfeldlinien im Luftspalt, so dass im Luftspalt ein homogenes Magnetfeld entsteht .
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Magneteinrichtung einen ringförmigen Permanentmagneten auf, an den sich stirnseitig plattenförmige Leitelemente anschließen und welcher konzentrisch unter Bildung eines Luftspaltes ein zylinderförmiges Leitelement umgibt.
Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchspule mit einer Halterung verbunden ist, die an der Ventilspindel angreift. Es besteht keine feste Verbindung zwischen Halterung und Ventilspindel. Das hat den Vorteil, dass die Zentrierung der Tauchspule im Ringspalt durch das Magnetfeld durch die Ventilspindel nicht negativ beeinflusst wird. Wenn sich die Tauchspule bei einem Regelvorgang in Achsrichtung bewegt, greift die Halterung an der Ventilspindel an und verschiebt diese.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Halterung an ihrem der Ventilspindel zugewandten Ende ein topfförmiges Endstück aufweist, in der die Ventilspindel geführt wird.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Halterung an ihrem der Ventilspindel zugewandtem Ende spindelförmig ausgebildet ist und dass die Ventilspindel an ihrem Ende ein topfförmiges Endstück aufweist, in dem das spindelförmige Ende der Halterung geführt wird.
Wenn die Vorrichtung in einer Lage eingebaut werden muss, bei denen die Tauchspule nicht vertikal angeordnet ist, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Halterung mit mindestens einem Federelement im Gehäuse zu zentrieren.
Vorzugsweise stützt sich die Schließfeder einerseits an einem mit der Ventilspindel verbundenen Teller und andererseits am Gehäuse ab.
Vorteilhafterweise ist der Ventilsitz eingangsdruckseitig angeordnet. Der Ventilsitz oder der Ventilkörper weist eine Dichtung aus elastomerem Material, vorzugsweise Gummi, auf. Ventilkörper und Ventilsitz sind vorzugsweise gelenkig miteinander verbunden. Diese Gestaltung ermöglicht, dass in der Schließstellung die Durchtrittsöffnung dicht verschlossen wird.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Ventilkörper an seiner dem Ventilsitz zugewandten Seite mit einer Vordruck-Ausgleichsmembran verbunden.
Im Regelfall ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, dass in einer Gasleitung zwei Schließventile hintereinander angeordnet sind. Daher ist in Weiterbildung der Erfindung die Vorrichtung gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Schließventil. Dieses kann der Vorrichtung vor- oder nachgeschaltet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in:
1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform;
2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform;
3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform;
4 eine Sicht auf ein Federelement 23 aus 3;
5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Durchtrittsöffnung mit Ventilsitz 6, Dichtung 7 und Ventilkörper 8;
6 eine weitere Darstellung des Bereichs der Durchtrittsöffnung mit einer zweiten Ausführungsform von Ventilsitz 6, Dichtung 7 und Ventilkörper 8;
7 eine weitere Darstellung des Bereichs der Durchtrittsöffnung 5 mit einer dritten Ausführungsform von Ventilsitz 6, Dichtung 7 und Ventilkörper 8.
Die Zeichnung nach 1 bis 3 zeigt eine Vorrichtung 1, die in einer nicht dargestellten Gasleitung eingebaut ist, die zu einem ebenfalls nicht dargestellten Brenner führt. Der Brenner beheizt beispielsweise einen Heizkessel.
Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Eingang 3, einem Ausgang 4 und einer zwischen Eingang 3 und Ausgang 4 angeordneten Durchtrittsöffnung 5 auf. Die Durchtrittsöffnung 5 ist mit einem Ventilsitz 6 versehen. Dieser weist eine Dichtlippe 7 aus elastomerem gasbeständigem Material, vorzugsweise Gummi auf.
Dem Ventilsitz 6 ist ein metallischer Ventilkörper 8 zugeordnet. Der Ventilkörper 8 ist mit einer Ventilspindel 9 verbunden, auf die ein Stellantrieb 10 einwirkt. Der Stellantrieb 10 weist eine Tauchspule 11 auf, die in einem ringförmigen Luftspalt 12 berührungsfrei im Magnetfeld einer Magneteinrichtung schwebt. Die Magneteinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem ringförmigen Permanentmagneten 13, der konzentrisch ein zylindrisches Leitelement 14a aus magnetisch leitfähigem Material, hier Eisen umgibt. Das Leitelement 14a geht stirnseitig in ein plattenförmiges Leitelement 14b über, das sich unterhalb des Permanentmagneten 13 befindet. Ein weiteres Leitelement 15 aus Eisen befindet sich oberhalb des Permanentmagneten 13. Die Leitelemente bündeln die Magnetfeldlinie derart, dass im Luftspalt 12 ein homogenes Magnetfeld wirksam ist.
Das Magnetfeld der Tauchspule 11 sowie der Magneteinrichtung 13, 14, 15 zentriert die Tauchspule 11 geometrisch genau im ringförmigen Luftspalt 12, so dass die Axialbewegung der Tauchspule 11 beim Regeln berührungsfrei ist. Der Stellantrieb 10 arbeitet somit ohne nennenswerte Hysterese.
Die Tauchspule 11 ist konzentrisch auf einer hohlzylinderförmigen Halterung 16 angeordnet. Die Halterung 16 ist an demjenigen Ende, das der Ventilspindel zugewandt ist, topfförmig ausgebildet. In dem topfförmige Ende 16a wird die Ventilspindel 9 geführt.
Da Ventilspindel 9 und der Tauchspule 11 lediglich kraftschlüssig, aber nicht fest miteinander verbunden sind, wird die Zentrierung der Tauchspule 11 von der Ventilspindel 9 nicht negativ beeinflusst.
Eine Schließfeder 17 stützt sich einerseits an einem Teller 18, der mit der Ventilspindel 9 fest verbunden ist und andererseits am Gehäuse 2 ab. Wenn die Tauchspule 11 kraftlos wird, weil die Stromzufuhr zur Tauchspule unterbrochen wird, drückt die Schließfeder 17 den Ventilkörper 8 auf den Ventilsitz 6.
Der Bereich der Durchtrittsöffnung 5 ist in 5 vergrößert dargestellt. Der Ventilkörper 8 befindet sich in einer Regelposition mit geöffneter Durchtrittsöffnung. Der Ventilsitz 6 aus Metall weist eine Dichtung 7 aus elastomerem Material in Form einer Dichtlippe aus Gummi auf, die mit dem metallische Ventilkörper 8 abdichtend zusammenwirkt. In der Schließstellung des Ventilkörpers 8 wird die Durchtrittsöffnung 5 abgedichtet und der Gasstrom abgesperrt. Der Ventilkörper 8 ist mit der Ventilspindel 9 mit Hilfe eines nicht darbestellten gasdichten Gelenkes beweglich verbunden, so dass der Ventilkörper Kipp-bewegungen machen kann, um Toleranzen im Dichtungsbereich auszugleichen.
6 zeigt eine weitere Darstellung des Bereichs der Durchtrittsöffung 5 mit einer zweiten Ausführungsform von Ventilsitz 6, Dichtung 7 und Ventilkörper 8. Die Dichtung 7 aus elastomerem Material ist bei dieser Ausführungsform im Ventilkörper integriert. Der metallische Ventilsitz 6 ist im Dichtungsbereich erhöht ausgeführt. Alternativ ist es auch möglich, die Kontur des Ventilsitzes 6 im wesentlichen plan, angepasst an die Kontur des Ventilkörpers auszuführen.
7 zeigt eine weitere Darstellung des Bereichs der Durchtrittsöffung 5 mit einer dritten Ausführungsform von Ventilsitz 6 und Ventilkörper 8. Die Dichtung 7 aus elastomerem Material ist als O-Ring ausgeführt und im Ventilsitz integriert. Der Ventilkörper 8 ist bei dieser Ausführungsform als Teller ausgebildet.
Der Ventilkörper 8 ist auf seiner dem Ventilsitz 6 abgewandten Seite mit einer Vordruck-Ausgleichsmembran 19 versehen, die Schwankungen des Eingangsdruckes kompensiert.
Bei der Ausführungsform nach 1 erhält die Tauchspule über einen Stromanschluss 20 Stellsignale von einem nicht dargestellten Regel/Steuergerät, z. B. einer Kesselsteuerung. In diese gehen die Ausgangssignale eines Sensors, der den Zustand der Verbrennung erfasst, als Eingangsgröße ein.
Bei der Ausführungsform nach 2 befindet sich zwischen der Ventilspindel 9 und der Tauchspule 11 eine Regelmembran 21. Der Teller 18, an dem sich die Schließfeder abstützt, dient gleichzeitig zur Befestigung der Regelmembran 21 an der Ventilspindel 9. Die Regelmembran begrenzt mit ihrer der Tauchspule 11 abgewandten Seite im Gehäuse 2 einen Raum 22, der mit dem Druck im Ausgang beaufschlagt ist. Die Schließfeder befindet sich in dem Raum 22 und stützt sich einerseits am Teller 18 der Regelmembran 21 und anderseits am Gehäuse ab. Die Tauchspule 11 wird über den Stromanschluss 20 mit einem Strom beaufschlagt, der dem Sollwert des Druckes im Ausgang proportional ist. Die Tauchspule 11 arbeitet somit als Sollwertgeber für die Regelmembran 21.
Die Halterung 16 ist mittels Schrauben 24 mit einem Federelement 23 verbunden. Eine Draufsicht des Federelements 23 ist in 4 vergrößert dargestellt. Das Federelement 23 zentriert die Halterung 16 im Gehäuse 2 und gewährleistet, dass die Tauchspule 11 in jeder Einbaulage berührungsfrei arbeitet.
Bei der Ausführungsform nach 3 ist der Vorrichtung 1 ein Schließventil 25 vorgeschaltet, weil in der Gasleitung aufgrund von Sicherheitsbestimmungen zwei Schließventile hintereinander angeordnet werden müssen.
Im Rahmen der Erfindung sind ohne Weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann beispielsweise die Magneteinrichtung konstruktiv anders ausgeführt werden. Es ist z. B. möglich, statt eines ringförmigen Permanentmagneten 13 einen zylinderförmigen Magneten zu verwenden. Die Leitelemente 14, 15 sind in diesem Fall entsprechend anzupassen. Ferner kann statt eines Permanentmagneten ein Elektromagnet eingesetzt werden. Schließlich kann sich die Schließfeder 17 statt an einem Teller 18 direkt am Ventilkörper 8 abstützen.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Halterung 16 an ihrem der Ventilspindel 9 zugewandtem Ende spindelförmig ausgebildet ist und dass die Ventilspindel 9 an ihrem Ende ein topfförmiges Endstück aufweist, in dem das spindelförmige Ende der Halterung 16 geführt wird. Es ist allerdings auch möglich, die Ventilspindel und die Halterung oder die Tauchspule fest miteinander zu verbinden.

Claims

Vorrichtung zum Regeln eines Gasstromes in einer Gasleitung zu einem Brenner, mit einem Gehäuse (2) das einen Eingang (3), einen Ausgang (4) und eine Durchtrittsöffnung (5) aufweist, welche mit mindestens einem Ventilsitz (6) versehen ist, mit mindestens einem Ventilkörper (8), der dem Ventilsitz (6) zugeordnet ist und der mit einer Ventilspindel (9) verbunden ist und mit einem Stellantrieb (10), der in Abhängigkeit von der Abweichung einer Regelgröße von einem Sollwert auf die Ventilspindel (9) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (10) eine Tauchspule (11) aufweist, die auf die Ventilspindel (9) einwirkt, wobei die Tauchspule (11) in einem Luftspalt (12) im Magnetfeld einer Magneteinrichtung (13, 14, 15) berührungsfrei axial bewegbar ist, dass auf den Ventilkörper (8) eine Schließfeder (17) in Schließrichtung einwirkt und dass der Ventilsitz (6) oder der Ventilkörper (8) derart ausgebildet ist, dass die Durchtrittsöffnung (5) abdichtbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchspule (11) Stellsignale von einem Regel/Steuergerät erhält, dem die Ausgangssignale eines Sensors, der den Zustand der Verbrennung erfasst, als Eingangssignale zugeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Ventilspindel (9) und der Tauchspule (11) eine Regelmembran (21) befindet, die auf der der Tauchspule (11) abgewandten Seite vom Druck im Ausgang beaufschlagt wird, wobei die Tauchspule (11) mit einem Strom beaufschlagt wird, der dem Sollwert des Druckes im Ausgang proportional ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung einen Magneten (13) aufweist, dessen Magnetfeldlinien mittels Leitelementen (14b,15) aus magnetisch leitfähigem Material in den Luftspalt (12) geleitet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (13) als ringförmiger Permanentmagnet ausgebildet ist, der konzentrisch unter Bildung des Luftspaltes (12) ein zylindrisches Leitelement (14a) umgibt, wobei sich an den Magneten (13) stirnseitig plattenförmig ausgebildete Leitelemente (14a, 15) anschließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchspule mit einer Halterung (16) verbunden ist, die an der Ventilspindel (9) angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) an ihrem der Ventilspindel (9) zugewandten Ende ein topfförmiges Endstück (16a) aufweist, in dem die Ventilspindel (9) geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) an ihrem der Ventilspindel zugewandtem Ende spindelförmig ausgebildet ist und dass die Ventilspindel (9) an ihrem Ende ein topfförmiges Endstück aufweist, in dem das spindelförmige Ende der Halterung (16) geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) mit mindestens einem Federelement (23) im Gehäuse (2) zentriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfeder (17) einerseits an einem mit der Ventilspindel (9) verbunden Teller (18) und andererseits am Gehäuse (2) abstützt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6) eingangsseitig angeordnet ist und dass der Ventilsitz (6) oder der Ventilkörper (8) eine Dichtung (7) aus elastomerem Material, vorzugsweise Gummi, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (8) mit der Ventilspindel (9) gelenkig verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (8) auf seiner dem Ventilsitz (6) abgewandten Seite mit einer Vordruck-Ausgleichsmembran (19) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Kombination mit einem Schließventil (25).