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Die
Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, insbesondere für Gas-Anwendungen.
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Zur
Versorgung von Gasgeräten
mit Gas sind häufig
Ventile erforderlich, die einen Gasstrom zur Leistungsanpassung
oder zur Anpassung an unterschiedliche Gasqualitäten regulieren können. Solche
Ventileinrichtungen werden meist als Proportionalventile bezeichnet
und als Regelventile verwendet, auch dann, wenn die Kennlinie nicht
streng proportional ist. Sie weisen ein Ventilverschlussglied auf, dessen
Position von einem Vorgabesignal bestimmt wird. Dazu sind aus dem
Stand der Technik verschiedene Lösungen
bekannt geworden. Beispielsweise offenbart die
DE 26 06 167 C2 ein elektrisch
ansteuerbares Ventil, bei dem die Bewegung und Position des Ventilverschlussglieds
von einem Membranantrieb erzeugt wird. Der Membranantrieb ist mit
einem Bypasskanal verbunden, der von der Zuströmseite zu der Ab strömseite des
Ventils führt
und in dem ein elektrisch gesteuertes Pilotventil angeordnet ist.
Eine mit dem Membranantrieb zusammenwirkende Schließfeder spannt
das Ventilverschlussglied in Schließrichtung vor.
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Durch
mehr oder minder großes Öffnen des Pilotventils
kann der Membranantrieb mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, wodurch Zwischenstellungen
des Ventilverschlussglieds einstellbar sind, die zwischen der Offenstellung
und der Schließstellung
desselben liegen. Fällt
die Strom- oder Spannungsversorgung des Pilotventils weg, schließt dieses,
wodurch der Membranantrieb drucklos wird. Die Schließfeder führt dann
das Ventilverschlussglied in Schließstellung.
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Das
Pilotventil ist in der Regel ein Magnetventil, dessen Magnetanker
eine dem Spulenstrom entsprechende Position einnimmt und somit proportional
ansteuerbar ist. Solche Ventile weisen jedoch eine erhebliche Hysterese
auf. Diese überträgt sich über den
Servoantrieb auf das Hauptventil.
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Darüber hinaus
ist, beispielsweise aus der
GB
2 225 415 A ein Fluidventil bekannt, das über einen
Schrittmotor betätigt
wird. Der Schrittmotor arbeitet über
eine Kupplung auf eine Ventilspindel, die ein Außengewinde trägt. Wird
die Ventilspindel gedreht, wird sie somit sogleich axial verstellt.
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Ein
solches Ventil weist keine Sicherheitsfunktion auf. Fällt die
Stromversorgung des Schrittmotors aus, bleibt die Ventilspindel
in der aktuellen Position stehen und der Fluiddurchfluss ist nicht
gesperrt.
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Aus
der
DE 35 38 883 A1 ist
ein Stellantrieb für
ein Ventil bekannt, wobei der Stellantrieb mit einem Federspeicher
zum Schließen
des Ventils versehen ist. An das Ventilgehäuse, aus dem eine Ventilspindel
abgedichtet heraus ragt, ist über
zwei Streben der Ventilantrieb angeflanscht. Zu dem Stellantrieb
gehört
ein Spindelhubgetriebe, dessen drehbar gelagerte, axial jedoch unverschiebliche,
Mutter über ein
Zahnrad und einen Stellmotor in Drehung versetzt wird. Auf die Spindel
wirkt eine in einem Gehäuse
untergebrachte Druckfeder.
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Der
Aufbau ist relativ aufwendig und erfordert eine Abdichtung der Ventilspindel.
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Aus
der
DE 38 39 317 C2 ist
ein elektromotorisch angetriebener Stellantrieb für ein Ventil
bekannt. Das Ventil weist ein geschlossenes Ventilgehäuse auf,
aus dem eine Ventilspindel abgedichtet heraus ragt. Über zwei
Stützen
ist an das Ventilgehäuse
ein Stellantrieb angeschlossen, der einen Elektromotor, ein Spindelhubgetriebe
und ein Tellerfederpaket zum Vorspannen der Ventilspindel in einer
Richtung umfasst.
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Es
ergibt sich insgesamt ein platzgreifender, aufwendiger Aufbau.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ventileinrichtung zu
schaffen, die bei sicherheitsrelevanten Anwendungsfällen einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit der Ventileinrichtung nach Anspruch 1 gelöst:
Die
erfindungsgemäße Ventileinrichtung
enthält
einen Linearantrieb mit einem Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe
zur Betätigung
des Ventilverschlussglieds. Zusätzlich
ist eine Schließeinrichtung
vorgesehen, mittels derer das Ventilverschlussglied in Schließstellung überführbar ist.
Dazu ist die Kraft der Schließeinrichtung
größer bemessen,
als eine von dem Linearantrieb vorgegebene Rückstellkraft. Die Rückstellkraft
des Linearantriebs wird beispielsweise durch das Haltemoment des
Antriebsmotors in stromlosem Zustand, multipliziert mit dem Untersetzungsfaktor
des Untersetzungsgetriebes gegeben, wenn die Schließeinrichtung
an dem Ventilverschlussglied oder an dem betreffenden Ende des Untersetzungsgetriebes
angreift. Greift die Schließeinrichtung
hingegen zwischen dem Antriebsmotor und dem Linearantrieb, beispielsweise
an dem Anker oder Rotor des Antriebsmotors an, muss die Schließeinrichtung
lediglich die zum Bewegen des Antriebsmotors erforderliche Kraft
bzw. dessen Drehmoment sowie zzgl. das Reibmoment des Untersetzungsgetriebes überwinden.
Sie kann entsprechend schwächer
dimensioniert werden. In beiden Fällen speichert die Schließeinrichtung
die zum Schließen
des Ventils erforderliche Arbeit.
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Die
Schließeinrichtung
ist vorzugsweise als Schließfeder
ausgebildet. Diese kann durch eine Druckfeder gebildet sein, die
an dem Ventilverschlussglied oder an einer mit diesem unmittelbar verbundenen
Stelle, wie beispielsweise der Ventilspindel, angreift. Alternativ
kann die Schließeinrichtung
eine an dem Antriebsmotor angreifende Schließfeder, beispielsweise in Form
einer Spiralfeder, sein.
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Das
Untersetzungsgetriebe zwischen dem Antriebsmotor und dem Ventilverschlussglied
ermöglicht
eine Feinpositionierung des Ventilsverschlussglieds, so dass eine
Rechnersteuerung die gewünschte
Ventilspositionen problemlos und hysteresefrei anfahren kann. Es
sind relativ große
Betätigungskräfte für das Ventilverschlussglied
erreichbar.
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Der
Antriebsmotor ist vorzugsweise ein in zwei Drehrichtungen ansteuerbarer
Drehantrieb, beispielsweise in Form eines Schrittmotors. Dieser
gestattet eine besonders einfache Ansteuerung und das Anfahren ausgewählter Positionen
des Ventilverschlussglieds ohne gesonderten Positionssensor. Außerdem gestattet
er nicht nur das Öffnen
des Ventils gegen die Kraft der Schließfeder sondern zusätzlich das
kraftbetätigte
Schließen
und Zuhalten des Ventils mit Motorkraft. Als Schrittmotor wird vorzugsweise
ein rastmomentfreier oder ein rastmomentarmer Motor wie beispielsweise
ein Reluktanzschrittmotor verwendet. Dessen Anker lässt sich
in stromlosen Zustand besonder leicht drehen. In Verbindung mit
einem nicht zu stark untersetzenden Untersetzungsgetriebe kann die
Schließfeder
das Ventil sicher schließen.
Es werden Schließzeiten
von deutlich unter einer Sekunde erreicht. Die Kraft der Schließfeder,
die Getriebereibung und das Bremsmoment des Schrittmotors können so
aufeinander abgestimmt werden, dass Schließzeiten des Ventils im Bereich
von 0,1 Sekunde erreicht werden. Dies gestattet es, dem Ventil Sicherheitsfunktionen
zu übertragen,
d.h. das Ventil schließt
bei Spannungsausfall selbstätig.
Das Ventil bleibt nur so lange offen, wie der Schrittmotor ein ausreichende
Haltemoment erzeugt. Dies kann nur im aktiven, d.h. stromführenden
Zustand erfolgen.
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Der
Antriebsmotor arbeitet berührungsfrei, d.h.
der Anker berührt
in keiner Betriebsposition den statischen Magnetkreis. Auf diese
Weise werden Remanenzeinflüsse
die den Anker in stromlosen Zustand am Platz halten könnten, weitgehend
zurückgedrängt.
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Der
Drehantrieb weist einen Rotor auf, der vorzugsweise zusammen mit
dem Untersetzungsgetriebe in einem nach außen gasdicht abgeschlossenen
Becher aufgenommen ist. Der Stator des Drehantriebs ist dann außerhalb
des Bechers angeordnet. Auf diese Weise lässt sich besonders einfach
und zuverlässig
die erforderliche Gasdichtigkeit eines Gasventils herstellen.
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Der
Antriebsmotor ist vorzugsweise ein Drehantrieb und das Untersetzungsgetriebe
ist vorzugsweise ein Hubgetriebe. Dieses wandelt die Drehbewegungen
des Drehantriebs in eine Linearbewegung zur Verstellung des Ventilverschlussglieds. Als
Hubgetriebe wird wiederum vorzugsweise ein Spindelhubgetriebe vorgesehen,
bei dem der Stator des Drehantriebs koaxial zu der Ventilspindel
angeordnet ist. Zu dem Spindelhubgetriebe gehören eine Spindelmutter und
eine Gewindespindel, wobei die Spindelmutter vorzugsweise kugelgelagert
ist. Das so gebildete Untersetzungsgetriebe ist vorzugsweise nicht
selbsthemmend. Dies wird erreicht, indem mit einer relativ großen Gewindesteigung
gearbeitet wird. Das Gewinde kann ein- oder mehrgängig ausgebildet
sein.
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Die
Gewindespindel ist in einer Axiallagereinrichtung vorzugsweise drehfest
aber axial verschiebbar gesichert. Während ihr mit der Gewindemutter
in Eingriff stehender Abschnitt das Spindelhubgetriebe bildet, stellt
der aus der Axiallagereinrichtung herausragenden Teil der Gewindespindel die
Ventilspindel dar. Somit lässt
sich das Untersetzungsgetriebe auf besonders einfache und kostengünstige Weise
mit wenigen Bauteilen realisieren.
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Unabhängig von
der Art des Antriebs ist es möglich,
das Ventilverschlussglied als Kunststoffteil auszubilden. Zur Abstützung einer
Schließfeder
an dem Ventilverschluss glied kann dieses mit einer Anlagefläche für einen
Metallring versehen sein, an dem sich die Schließfeder abstützt. Ein solcher Metallring kann
auch dazu vorgesehen sein, ein Dichtungselement beispielsweise in
Form eines O-Rings aufzunehmen.
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Unabhängig von
dem Material des Ventilverschlussglieds kann diese mit einem Anschlagmittel versehen
oder verbunden sein, das ein festes Widerlager bzgl. der Schließrichtung
bildet. Das feste Widerlager und das Anschlagmittel sind dabei in
Bezug aufeinander vorzugsweise so eingestellt, dass sie erst nach
einiger Deformation des Dichtungselements miteinander in Berührung kommen.
Die Deformation ist dabei geringer als eine größtmögliche zulässige Deformation. Dies schafft
die Möglichkeit,
einen Bezugspunkt mit der Kraft des Linearantriebs gezielt anzufahren,
um das Ventilverschlussglied ausgehend von diesem in definierte
Positionen überführen zu
können.
Dies gelingt dann allein durch Vorgabe der Schrittzahl, wenn der
Linearantrieb einen Schrittmotor enthält.
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An
dem Ventilverschlussglied kann ein Regulierkonus ausgebildet sein.
Dieser kann dazu genutzt werden, eine gewünschte Ventilkennlinie einzustellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
gehört
zu der Ventileinrichtung ein zweites Ventil, das beispielsweise
ein Magnetventil ist. Dies kann in eine höhere Sicherheitsstufe eingestuft
sein, als das erste als Proportionalventil benutzte Ventil. In einer
vorteilhaften Ausführungsform
sind die Antriebe beider Ventile nebeneinander auf entsprechende
zur Gasabdichtung dienende Becher aufgesteckt.
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Ist
der Antriebsmotor des Proportionalventils ein Drehantrieb, kann
dieser an dem anderen, benachbarten Antrieb abgestützt sein,
um dadurch drehfest gesichert zu werden.
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In
dem Ventilgehäuse
können
eine Durchflussmesseinrichtung, ein oder mehrere Druckmesseinrichtungen
und dergleichen, angeordnet werden. Diese können mit einer Steuereinrichtung
verbunden sein, die das Proportionalventil steuert. Auf diese Weise
kann die Ventileinrichtung als Druckregler, Mengenregler und bedarfsweise
als gesteuertes Ventil genutzt werden.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung der Beschreibung oder
Unteransprüchen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Ventileinrichtung
in Längsgeschnittener
schematisierter Darstellung,
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2 die
Ventileinrichtung nach 1 in Draufsicht,
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3 die
Linearantriebseinrichtung des Ventils nach 1 in schematisierter
Darstellung,
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4 eine
abgewandelte Ausführungsform einer
Linearantriebseinrichtung in schematisierte Darstellung,
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5–8 unterschiedliche
Ausführungsformen
von Ventilspindel und Ventilverschlussglied der Ventileinrichtung
nach 1.
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In 1 ist
eine Ventileinrichtung 1 veranschaulicht, zu der ein erstes,
als Proportionalventil ausgebildetes Ventil 2 und ein zweites
als Schließventil
ausgebildetes Ventil 3 gehören. Beide Ventile 2, 3 sind
in einem gemeinsamen Ventilgehäuse 4 untergebracht,
das einen ersten Ventilsitz 5 in Form einer in einer Zwischenwand 6 ausgebildeten
Durchgangsöffnung
und einen zweiten Ventilsitz 7 in Form einer ebenfalls
in einer Zwischenwand 8 ausgebildeten Öffnung aufweist. Beide Ventilsitze 5, 7 sind
mit zueinander parallelen Achsen nebeneinander z.B. auf gleicher
Höhe in
einem Innenraum 9 des Ventilgehäuses 4 angeordnet.
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Beiden
Ventilsitzen 5, 7 sind jeweils Ventilverschlussglieder 11, 12 zugeordnet.
Sie können,
wie aus 1 ersichtlich, unterschiedlich
ausgebildet sein. Das Ventilverschlussglied 11 ist beispielsweise ein
Metallkörper,
dessen unterer, den Ventilsitz 5 durchgreifender Abschnitt
als Regulierkonus 13 mit einer Kontur ausgebildet ist,
die von einer Kegelstumpfform abweichen kann. Der Regulierkonus weist
eine sich zu seinem freien Ende hin verjüngende Rotationssymmetrische
Form auf. Die Abhängigkeit
des Radius von der Axialposition wird so festgelegt, dass eine gewünschte Öffnungscharakteristik des
Ventils erreicht wird. Beispielsweise ist die Ventilkennlinie linear
oder flach S-förmig, um
eine gute Regelung oder Steuerung von Fluidströmen zu ermöglichen.
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Oberhalb
des Regulierkonuses 13 ist eine Ringnut vorgesehen, in
der ein O-Ring 15 sitzt. Diesem ist eine konische Dichtfläche des
Ventilsitzes 5 zugeordnet. Oberhalb des O-Rings 15 weist
das Ventilverschlussglied 11 einen scheibenförmigen Abschnitt 16 auf,
der ein Anschlagmittel bildet. Der scheibenförmige Abschnitt kann unter
elasti scher Deformierung des O-Rings 15 gegen einen Bereich der
Zwischenwand 6, beispielsweise gegen die konische Dichtfläche des
Ventilsitzes 5 gedrückt
werden.
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Zur
Betätigung
des Ventilverschlussglieds 11 ist ein Linearantrieb 17 vorgesehen.
Zu diesem gehören
ein Antriebsmotor 18 und ein Untersetzungsgetriebe 19.
Dieses geht z.B. aus 3 hervor. Zu dem Antriebsmotor 18,
der beispielsweise als Schrittmotor, z.B. als Reluktanzschrittmotor
oder als permanent erregter Schrittmotor mit kleinem Rastmoment ausgebildet
sein kann, gehört
ein Stator 21, in dem ein Rotor 22 axial unverschiebbar,
dafür aber
leicht drehbar gelagert ist. Der Rotor 22 weist eine zentrale koaxial
zu seiner Drehachse angeordnete Durchgangsbohrung 23 auf,
die mit Innengewinde versehen ist. In diese ist eine z.B. aus Stahl
oder einem anderen Metall bestehende Gewindespindel 24 eingeschraubt,
die durch nicht weiter veranschaulichte Mittel drehfest gesichert
ist. Die Gewindespindel 24 und der Rotor 22 bilden
somit ein Spindelhubgetriebe 25. Die Steigung der Gewindespindel 24 ist
so bemessen, dass eine axial auf die Gewindespindel 24 einwirkende
Kraft das gebildete Untersetzungsgetriebe nicht blockiert, sondern
eine Drehung des Rotors 22 bewirken kann. Dies wird erreicht,
indem die Gewindesteigung so gewählt
wird, dass die von der Axialkraft an der Lagerung des Rotors 22 und
dem Gewinde verursachten Reibmomente geringer sind, als das von
Axialkraft herrührende
Antriebsdrehmoment des Rotors 22.
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Das
Spindelhubgetriebe, zu dem auch der Rotor 22 gehört, ist
in einem Becher 26 untergebracht, der an seinem unteren
dem Ventilverschlussglied 11 zugewandten Ende einen Flansch 27 aufweist.
Dieser ist an dem Ventilgehäuse 4 ab gedichtet gefasst.
An seinem oberen Ende ist der Becher 26 geschlossen. Der
Stator 21 sitzt außen
auf dem Becher 26.
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Dem
Linearantrieb 17 ist eine Schließeinrichtung 28 zugeordnet,
die im vorliegenden Fall durch eine als Druckfeder ausgebildete
Schließfeder 29 gebildet
ist. Andere Kraftspeicher können
jedoch ebenfalls zur Anwendung kommen.
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Aus 1 ist
ersichtlich, dass sich die Schließfeder 29 anders als
in der schematischen Darstellung gemäß 3 auch in
den Becher 26 hinein erstrecken kann. Aus 1 geht
außerdem
eine Führungshülse 31 hervor,
die in dem Becher 26 gehalten und in formschlüssigem Eingriff
mit der Gewindespindel 24 steht, um diese drehfest zu sichern.
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Zu
dem zweiten Ventil 3 gehört ein Ventilantrieb 32 in
Form eines Zugmagneten. Das Ventilverschlussglied 12 ist
mit einem Magnetanker 33 verbunden, der in einem an dem
Ventilgehäuse 4 abgedichtet
gehaltenen Becher 34 axial verschiebbar geführt ist.
Außen
sitzt auf dem Becher eine Magnetspule 35, die in einem
Kunststoffkörper
eingebettet ist. Ein Joch 36 umgreift die Magnetspule 35 und
lagert diese. Dazu dienen eine auf dem Becher sitzende Hülse 37 und
ein Rastelement 38, die durch eine Feder voneinander weg
vorgespannt sind.
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Der
Becher 34 ist wie der Becher 26 mittels eines
Klemmrings 39, 41 an seinem Flansch gehalten.
Zur Abdichtung dient ein O-Ring 42, 43. Das Ventilverschlussglied
ist über
eine Schließfeder 44 in Schließrichtung
vorgespannt.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, kann der Stator 21 des
Antriebsmotors 18 auf dem Becher 26 drehfest gesichert sein,
indem er mit einem Fortsatz 46 in eine entsprechende Ausnehmung 47 des
Spulenkörpers
der Magnetspule greift. An dem Spulenkörper sind Anschlüsse 48 für die Magnetspule 35 ausgebildet.
Ebenso sind Anschlüsse 49 an
dem Stator 21 ausgebildet.
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In
dem Ventilgehäuse 4 kann
vor dem zweiten Ventil 3 ein Sieb 51 vorgesehen
sein, um Schmutzteile von den Ventilen 2, 3 fernzuhalten.
Zwischen den Ventilen 2, 3 kann ein Laminator 52 angeordnet
sein. Vor und/oder hinter diesem können Drucksonden 53, 54 angeordnet
sein, die in 1 lediglich angedeutet sind.
Die hier abnehmbare Druckdifferenz über den Laminator kann als
Maß für die Durchströmung der
Ventileinrichtung 1 genommen werden. Sie dienen somit als
Durchflussmesser oder Strömungssensor.
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Die
insoweit beschriebene Ventileinrichtung 1 arbeitet wir
folgt:
In stromlosem Zustand sind beide Ventile 2, 3 zunächst geschlossen.
Die Schließfedern 29, 44 halten beide
Ventilverschlussglieder 11, 12 fest auf ihrem
jeweiligen Ventilsitz 5, 7. Soll nun ein Gasdurchfluss freigegeben
werden, um beispielsweise einen Brenner zu betreiben, wird die Magnetspule 35 des
zweiten Ventils bestromt, so dass das Ventilverschlussglied 12 von
dem Ventilsitz 7 abhebt und öffnet. Außerdem steuert eine Steuereinrichtung 55 den
Stator 21 des Antriebsmotors 18 so an, dass der
Rotor 22 dreht. Dabei schraubt sich die Gewindespindel
in den Rotor 22 ein und hebt dabei das Ventilverschlussglied 11 gegen
die Kraft der Schließfeder 29 von
dem Ventilsitz 5 ab. Zunächst wird dabei ein Ringspalt
freigegeben, der die Gasmenge beschränkt. Diese kann als Zündgasmenge
zum Zünden
eines Brenners dienen. Mit weiterem Drehen des Motors 22 wird
das Ventil 2 dabei immer mehr freigegeben, bis es die gewünschte Gasmenge
durchlässt.
Diese kann von der Steuereinrichtung 55 durch Überwachung
der Druckdifferenz erfasst werden, die die Auswertung der Signale
der Drucksonden 53, 54 ergibt. Auf diese Weise kann
ein Gasbrenner mengengesteuert betrieben werden. Die Steuereinrichtung 55 stellt
die gewünschte
Position des Ventilverschlussglieds 11 durch entsprechende
Ansteuerung des als Schrittmotor ausgebildeten Antriebsmotors 18 jeweils
so ein, dass das Ventilverschlussglied seine gewünschte Position einnimmt. Die
Steuereinrichtung kann zusätzlich
zu den Drucksonden 53, 54 oder anstelle von diesen
mit anderen Sensoren oder Signalgebern verbunden sein.
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Soll
das Ventilverschlussglied 11 in einer gewählten Position
gehalten werden, bestromt die Steuereinrichtung 55 den
Stator 21, so dass der Schrittmotor in den aktuellen Schritt
magnetisch eingerastet bleibt. Die Schließfeder 29 ist dabei
nicht in der Lage, den Schrittmotor aus dieser Position herauszubringen.
Aus dieser Position heraus, kann der Schrittmotor jedoch in beiden
Stellrichtungen angesteuert werden, d.h. der Rotor 22 kann
vorwärts
oder rückwärts drehen,
um das Ventil 2 weiter zu öffnen oder weiter zu schließen.
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Fällt die
Spannung der Steuereinrichtung 55 aus, wird der Schrittmotor
stromlos. Dadurch verringert sich sein Haltemoment drastisch. Der
Rotor 22 ist somit nahezu frei drehbar. Die Schließfeder 29,
die das Ventilverschlussglied 11 ständig in Schließrichtung
vorspannt, verlagert nun das Ventilverschlussglied 11 in
Richtung auf den Ventilsitz 5, wobei sich der nunmehr freigegebene
Rotor 22 drehen kann. Ebenso fällt das Ventil 3 zu.
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Die
Ventileinrichtung 1 ist somit ein Sicherheitsventil, dessen
beide Ventile 2, 3 schließen, wenn die Ansteuerung ausfällt.
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Das
Ventil 2 kann von der Steuereinrichtung 55 nicht
nur geregelt betrieben, sondern auch im gesteuerten Betrieb gezielt
in bestimmte Stellungen verfahren werden. Dazu kann die Steuereinrichtung 55 zunächst davon
ausgehen, dass ein längere
Zeit nicht angesteuerter Schrittmotor in Schließstellung befindlich ist. In
dieser lastet die Kraft der Schließfeder 29 über den
O-Ring 15 auf der Dichtfläche des Ventilsitzes 5.
Die genaue Axialposition des Ventilverschlussglieds 11 hängt dabei
von der Elastizität des
O-Rings 15 und
sonstigen Toleranzen ab. Es ist hier möglich, eine definierte Nullposition
anzufahren, in dem das Ventilverschlussglied 11 zunächst durch den
Antriebsmotor 18 weiter in Schließrichtung belastet wird. Dadurch
wird der O-Ring 15 soweit
elastisch deformiert, dass der Abschnitt 16 an der Dichtfläche des
Ventilsitzes 5 anschlägt.
Dieser feste Anschlag ist die Nullposition von der ausgehend definierte Öffnungspositionen
angefahren werden, indem die Steuereinrichtung 15 den Schrittmotor 18 mit vorgegebenen
Schrittzahlen ansteuert. Dadurch können beispielsweise Zündgasmengen
oder Zündgasprofile
schnell und sicher angefahren und eingestellt werden.
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Eine
weitere Funktion des Antriebsmotors 18 liegt in der Unterstützung des
Schließens
des Ventils 2. Beispielsweise kann das Ventil 2 in
Gefahrensituationen besonders schnell geschlossen werden, wenn nicht
nur die Schließfeder 29 zum
Schließen
des Ventils 2 herangezogen wird, sondern wenn zusätzlich der
Antriebsmotor 18 in Schließrichtung angetrieben wird.
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4 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung. Es wird zunächst
auf die vorstehende Beschreibung verwiesen, die unter Zugrundelegung
gleicher Bezugszeichen gilt. Unterschiede zu der vorab gegebenen
Beschreibung betreffen die Schließeinrichtung 28. Zu
dieser gehört eine
als Spiralfeder ausgebildete Schließfeder 56 deren eines
Ende 57 ortsfest, beispielsweise an dem Ventilgehäuse 4,
gelagert ist. Ihr anderes Ende 58 ist mit dem Rotor 22 verbunden.
Die Spiralfeder spannt den Rotor in Schließrichtung vor. Wird der Antriebsmotor 18 angesteuert,
dreht der Rotor, wobei er die Schließfeder 56 gewissermaßen aufzieht.
Wird der Antriebsmotor 18 hingegen stromlos, so dass er
kein Haltemoment mehr hat, dreht die Schließfeder 56 den Rotor
zurück,
bis das Ventilverschlussglied 11 auf seinem Ventilsitz
aufsitzt.
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5 veranschaulicht
die Ausbildung des Ventilverschlussglieds 11 und der Gewindespindel 24,
die zugleich als Ventilspindel dient. Sie kann beispielsweise aus
Metall ausgebildet sein und ist mit einem endseitigen Gewindeabschnitt
mit einer Gewindebohrung des Ventilverschlussglieds 11 verschraubt.
Die Gewindespindel 24 kann auch aus Kunststoff ausgebildet
sein. Es ist auch möglich,
die Gewindespindel, wie 6 veranschaulicht wenigstens
an ihrem unteren Ende hohl auszubilden und mit dem Ventilverschlussglied 11 zu
verrasten. Dazu ist sie mit axialen Schlitzen versehen und endseitig
etwas nach innen gekröpft.
Sie kann somit einen pilzförmigen
Kopf 59 umfassen, der an dem aus Metall ausgebildeten Ventilverschlussglied
vorgesehen ist. Diese Lösung
ist besonders einfach, kostengünstig und
mon tagefreundlich. Insbesondere lässt sie einen Spielausgleich
zu, bei dem das Ventilverschlussglied 11 positionsrichtig
in den Ventilsitz 5 findet.
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Bei
beiden Ausführungsformen
nach den 5 und 6 kann das
Ventilverschlussglied auch aus Kunststoff ausgebildet sein, wenn
dies die Sicherheitsvorschriften zulassen.
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Eine
abgewandelte Ausführungsform
des Ventilverschlussglieds zeigt 7. Hier
ist das Ventilverschlussglied 11 mit der Gewindespindel 24 einstückig aus
Kunststoff ausgebildet. Als Sitz für den O-Ring 15 dient
eine Scheibe 61, die einen gekröpften Rand 62 aufweist.
Der Rand 62 bildet den O-Ringsitz. Er ragt aus dem Kunststoffkörper heraus, der
das Ventilverschlussglied bildet. In ihrem mittleren Bereich weist
die in das Ventilverschlussglied 11 eingebettete Scheibe
ein oder mehrere Öffnungen auf,
die der Kunststoffkörper
durchsetzt. Auf diese Weise ist die Scheibe 61 in dem Kunststoffkörper sicher
gehalten und der Kunststoffkörper
ist beispielsweise als Spritzteil zu fertigen. Der obere Rand der Scheibe 61 bildet
mit seinem Abschnitt 16 das Anschlagmittel.
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Eine
weitere mögliche
Abwandlung veranschaulicht 8. Das hier
veranschaulichte Ventilverschlussglied 11 und die zugehörige Ventilspindel 24 sind
einteilig aus Kunststoff ausgebildet. Anstelle der Scheibe 61 ist
jedoch lediglich ein gekröpfter Ring 63 in
eine an dem Ventilverschlussglied vorgesehene Stufe 64 eingelegt.
Der Ring 63 lagert in einer äußeren Sicke den O-Ring 15,
während
seine innere Sicke als Widerlager für die Feder 29 dient.
Der Ring 63 wird durch einen zylindrischen Abschnitt gebildet, von
dessen unteren Ende sich ein Flansch nach innen erstreckt, während sich
von seinem oberen Ende ein Flansch nach außen erstreckt.
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Bei
allen vorstehend beschriebene Ausführungsformen kann anstelle
des Spindelhubgetriebes mit Gewindespindel 24 ein anderweitiges
Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein, das die Bewegung eines Antriebsmotors,
vorzugsweise eine Drehbewegung, in eine untersetzte Linearbewegung
des Ventilverschlussglieds 11 umsetzt. Die Untersetzung
ist dabei jedoch allenfalls so groß, dass die Schließeinrichtung 28 das
Ventil 2 bei stromlosem Antrieb schließen kann.
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Ein
Proportionalventil 2 weist einen Linearantrieb 17 auf,
der einen gezielt positionierbaren Antriebsmotor 18, beispielsweise
einen Schrittmotor, aufweist, der über ein Untersetzungsgetriebe
mit dem Ventilverschlussglied verbunden ist. Dem Linearantrieb ist
als Schließeinrichtung 28 ein
Kraftspeicher, beispielsweise in Form einer Schließfeder 29 zugeordnet,
der so bemessen ist, dass er die Linearantriebseinrichtung unter Überwindung
der Getriebereibung des Untersetzungsgetriebes in Schließstellung
des Ventilverschlussglieds überführt. Außerdem speichert
er die zum Schließen
erforderliche Arbeit. Das Proportionalventil kann Zwischenstellungen
direkt ansteuern und erfüllt
dabei eine Sicherheitsfunktion, weil es selbsttätig schließt.