DE1047560B - Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch in diesem angeordneten Hilfsventil - Google Patents
Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch in diesem angeordneten HilfsventilInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
- F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
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Description
DEUTSCHES
In hydraulischen und pneumatischen Steuer- und Antriebsanlagen dienen Ventile und Schieber zur
Regelung verschiedener Durchflußmengen und zur Einstellung gewünschter Drücke des zu regelnden
Mediums. Die Regelung erfolgt entweder wege-, druck- oder zeitabhängig und bringt, jeweils örtlich
oder ferngesteuert eingeleitet, die Steuerung durch Betätigung von Ventilen oder Schiebern zur Wirkung.
Im allgemeinen wird die unmittelbare Betätigung der Verschlußstücke nur bei kleinen Drücken und
kleinen Querschnitten angewandt. In allen anderen Fällen werden Hilfsventile verwendet. Für die Betätigung
der Hilfsventile werden hauptsächlich Elektromagnete
verwendet, die entweder ihren Weg in zwei Stufen zurücklegen (erste Stufe: Betätigung des
Hilf sventils; zweite Stufe: nach Druckausgleich zwangsweises Betätigen des Hauptventils), oder sie
benutzen den Elektromagnet nur für den Initialimpuls zur Betätigung des Hilfsventil, während das Verschlußstück
des Hauptventils durch das gesteuerte Druckmittel betätigt wird.
Eine bekannte Ausführung umfaßt zwei oder mehrere mit einem Schieber verbundene Anker, die
sich mit diesem zusammen verschieben können und mit je einer Magnetspule gekoppelt sind, die, wenn
sie erregt wird, den gekoppelten Anker anziehen kann, um den Schieber entgegen der Wirkung der Feder
bis zu einer anderen Stellung hin zu verschieben. Hierbei sind die Magnetspulen so· eingerichtet, daß
sie unabhängig voneinander erregt werden.
Diese Ventile sind bei Anlagen, die mit kurzen Steuerzeiten und hohen Strömungsgeschwindigkeiten
des Mediums betrieben werden, nachteilig. Hierbei schnellt das Verschlußstück des Hauptventils bei
Fortnahme der Abstützung durch den Betätigungsmagnet mit hoher Beschleunigung auf den Ventilsitz.
Im Augenblick der Berührung der beiden Dichtungsflächen muß eine beträchtliche Energie innerhalb der
elastischen Verformungsgrenzen des Ventilmaterials abgefangen werden. Bei großen Ventilhüben wird
diese Grenze aber leicht überschritten, so daß die Dichtungsflächen bei mehreren tausend. Betätigungen
je Arbeitstag bald deutliche Spuren plastischer Verformung zeigen, die zu Undichtigkeiten der Ventile
führen. Weiterhin entsteht durch das plötzliche Abstoppen einer langen, im Fluß befindlichen Drucksäule,
die bei Verwendung von Wasser als Medium relativ unelastisch ist, ein harter Schlag im gesamten
Rohrsystem, der alle Bauelemente über Gebühr beansprucht.
Infolge der zwangsabhängigen Betätigung des Hauptverschlußstückes mit seinen großen Querschnitten
schwingt bei feinfühligen Regelaufgaben, die Steuerung sehr oft über den gewünschten Sollwert
Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch
in diesem angeordneten Hilfsventil
Anmelder:
Deutsche Bundesbahn,
vertreten durch das Bundesbahn-Zentralamt Minden,
Minden (Westf.), Weserglacis 2
vertreten durch das Bundesbahn-Zentralamt Minden,
Minden (Westf.), Weserglacis 2
Paul Schöde, Wuppertal-Barmenr
und Dr.-Ing. Wilhelm Köth, Osterath (Ndrh.),
sind als Erfinder genannt worden
hinaus, wenn der Unempfindlidhkeitsbereich nicht sehr breit gehalten wird.
Zur elektromagnetischen Betätigung von. Schiebern oder Ventilen wurde auch schon vorgeschlagen1,
mehrere doppelseitige, auf einer Rollbahn seitlich geführte Elektromagnete kaskadenartig zu verbinden,
wobei die einzelnen Magnete je nach Bedarf entweder nacheinander und mit zeitlichem Abstand oder zur
Klein- bzw. Konstanthaltung der Schaltzeit einige oder alle Magnete gleichzeitig arbeiten.
Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch
in diesem angeordneten Hilfsventil, die durch je einen Magnet über einen Stößel nacheinander
geöffnet werden. Sie besteht darin, daß das Verschlußstück des Hauptventils beim Schließen
nach Abschalten des zugehörigen Magnets durch den Stößel kurz vor Erreichen des Sitzes aufgefangen
und federnd auf dem Magnetfeld des das Hilfsventil betätigenden Magnets abgestützt wird. Dadurch wird
eine übermäßige Materialbeanspruchung der Ventilsitze und Verschlußstücke vermieden.
Das Übersteuern eines befohlenen Sollwertes kann weitgehend durch die feinfühligen Steuerkommandos
eingeschränkt werden. Um ein Übersteuern durch die Trägheit der Ventilmagnete auszuschließen, wird
erfindungsgemäß mindestens die Magnetspule des Hauptventils mit einem dosierten Gegenspannungsimpuls
beaufschlagt, der das aufgebaute Magnetfeld schlagartig zusammenbrechen und das Ventil ohne
Zeitverzug schiließen läßt.
809 700/333
Ein weiterer Erfolg wird noch dadurch erreicht, daß der Anteil der Ankerhübe des Hilfsventilmagnets
am Hub der Verschlußstücke der Ventile mittels einer in ihrer Länge verstellbaren Stößelstange an
eingeregelt wird, daß bei unbelasteten Ventilen und vollem Hub des Steuerventilmagnets nicht nur das
Hilfsventil voll-öffnet, sondern auch das Verschlußstück des Hauptventils je nach den gestellten Anforderungen
und Bedarf um ein mehr oder weniger großes A^orgabemaß, meist einige Zehntelmillimeter,
angelüftet wird.
Ferner sucht die Erfindung die Steuergeschwindigkeit einer Anlage den jeweiligen Betriebsverhältnissen
und Genauigkeitsanforderungen anzupassen, was einmal dadurch erreicht wird, daß die Regelkurven
der Kommandoanlage durch Festlegung von verschiedenen Schwellwerten mehr oder weniger dicht
aneinandergelegt werden, zum anderen in einer Querschnittsvariation
der Hilfs- und Hauptventile, ohne die konstruktiven Abmessungen selbst zu ändern,
durch mechanische Begrenzung eines Magnethubes. Nachfolgend soll eine Ventilsteuerung eines Antriebes
beschrieben werden, wie er z. B. bei hydraulischen Pressen Anwendung finden kann.
Fig. 1 zeigt das Anlagenschema und ein Blockschema
der elektrischen Steuereinrichtung;
Fig. 2 zeigt das Haupt- und Hilfsventil mit ihren Magneten; .-. . ■
Fig. 3 gibt die einzelnen Arbeitstakte bei einem Regelvorgang wieder mit qualitativem Verlauf der
Querschnittsöffnungen und der zu regelnden Größe. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 wird das Medium,
z. B. Wasser, aus dem Behälter 1 über die Leitung 2 \on der Pumpe 3 angesaugt und über die Rohrleitung
4 in den Druckspeicher 5 gepumpt. Das Druckwasser wird über die Druckleitung 6 zum
Ventilblock 7 geleitet, der zwei zweistufige Ventile 8 und 9 enthält (hier als einfache Ventile dargestellt).
Das rechte Ventil 8 wird über den Stößel 10, das linke Ventil 9 über den Stößel 11 betätigt. Bei geöffnetem
Ventil 8 fließt das Druckwasser über die Antriebsleitung 12 in den Steuerzylinder 13 und
drückt den Kolben mit angeschlossenem Steuergestänge 14 gegen die Feder 15. Bei geöffnetem Ventil
9 strömt das Wasser aus dem Steuerzylinder 13 und der Antriebsleitung 12 über die Rohrleitung 16
in den Behälter 1 zurück. Die Bewegung des Steuergestänges 14 wird mittels einer Übertragungseinrichtung
17 auf den Meßwertgeber 18 gegeben!, der über die Zuleitung 19 gespeist wird und den mechanischen
Steuerweg in eine entsprechende elektrische Größe umwandelt. Eine dem mechanischen Steuerweg proportionale
Spannung gelangt über die Leitung 20 zum Kommandogeber 21, der als Spannungsvergleicher
arbeitet. Der bei Punkt 22 eingespeiste Sollwertgeber 23 setzt eine unabhängige Kenngröße oder die mechanische
Bewegung eines Handhebels 25, z. B. Potentiometerknopf, in eine proportionale elektrische Größe
um, die über die Leitung 24 ebenfalls auf den Kommandogeber 21 gegeben wird. Als Spannungs- oder
Stromvergleichsschaltungen können bekannte Anordnungen verwendet werden, wie Brückenschaltungen
cder Kompensationsschaltungen, die beim Überwiegen einer der beiden zu vergleichenden Größen die Anker
polarisierter Relais umlegen lassen oder elektronische
Einrichtungen zünden lassen, wobei der Schwellwert von mehreren derartigen Einrichtungen z. B. über die
Klemmen 26 α bis 26^ beliebig eingestellt werden
kann. Die Stellung der einzelnen Relais oder ihre Kombinationen klassifizieren dann verschiedene Steuer!commandos, die über die Leitung 27 die unmittelbaren
Steuerschalter 28 betätigen. Zwei dieser Steuerschalter legen die bei 29 eingeführte Speisespannung
über die Leitung 30 und 31 an die beiden Elektromagnete der Magnetgruppe 32, die über den Stößel 11
das Ventil 9 öffnen; zwei andere Steuerschalter legen die Magnetspeisespannung über die Leitungen 33 und
34 an die beiden Elektromagnete der Magnetgruppe 35, die über den Stößel 10 das Ventil 8 öffnen.
ίο In Fig. 2 ist eine Magnetgruppe mit zwei Hubmagneten
für die Betätigung eines Haupt- und eines Hilfsventils dargestellt, wobei das Hilfsventil 45 vergrößert
als Ausschnitt besonders gezeigt wird. Der untere Magnet steht mit seinem Gehäuse 36 auf einer
Fundamentplatte. Bei Erregung der Spule 37 durch einen der Steuerschalter 28 in Fig. 1 wird der Magnetanker
38 in das Kraftfeld hineingezogen, maximal bis zum Anschlag gegen den oberen Magnetdeckel 39,
durch den die Ankerstange 40 hinausgeführt ist. Diese überträgt die Ankerbewegung auf den zweiten
Magnet, entweder auf das ganze Magnetgehäuse bei kaskadischem Aufbau oder, wie in Fig. 2 dargestellt,
nur auf den Anker 41. Das Gehäuse 42 des oberen Magnets selbst ruht dabei mit dem Distanzstück 43'
auf dem unteren Magnetdeckel 39. Der Anker 41 wird also um den Hub des unteren Magnets angehoben und
leitet diese Bewegung über die Ankerstange 44 an den Stößel 10 des Ventils weiter, der das Hilfsventil 45
anhebt, so daß das über dem Verschluß stück 46 des Hauptventils stehende Druckwasser durch die nun
freigegebene Ventilöffnung am Sitz 51 unter das Verschlußstück
46 treten kann. Dadurch gelangt einerseits Druckwasser in die Druckleitung 12 (entsprechend
Fig. 1 in die Druckleitungen 12 bzw. in die Rohrleitung 16) und verändert damit Druck und Weg im
Steuerzylinder 13 der Fig. 1; anderseits findet ein Druckausgleich zwischen Ober- und Unterseite des
Hauptventils statt, so daß das Verschluß stück 46 entlastet wird. Erregt man nun auch die Spule 47 des
oberen Magnets, so hebt sich sein Anker 41 von der Ankerstange 40 des unteren Magnets ab, bis er gegen
den Deckel 48 des oberen Magnets anschlägt. Diese Bewegung wird über die Ankerstange 44 und den
Stößel 10 nun unmittelbar auf das Verschlußstück 46 des Hauptventils übertragen. Durch die frei gewordene
Öffnung zwischen Verschlußstück 46 und Ventilsitz 49 kann nun das Druckwasser in breitem Querschnitt
in die Rohrleitung 12 strömen. Wird dann die Erregung von den Magnetspulen 37 und 47 abgeschaltet
und damit die Unterstützung des Stößels 10 weggenommen, so drücken die Feder 50 und der Wasserdruck
beide Verschlußstücke 45 und 46 gegen die Dichtungsflächen 51 und 52, so>
daß ein weiterer Zufluß abgestoppt wird.
Zur Einstellung der Ventile macht man den Stößel 10 der Fig. 2 in seiner Länge verstellbar, so daß sich
damit der Anteil des Magnethubes 38 am Stößelhub 10 variieren läßt. Die Länge des Stößels 10 stellt man
an der Mutter 53 so ein, daß bei unbelastetem Ventil und vollem Hub des Ankers 38 nicht nur das Hilfsventil
45 angehoben, sondern auch das Verschluß stück 46 um einige Zehntelmillimeter angelüftet wird.
Wirkungsweise
In Fig. 3 sind die jetzt möglichen Arbeitstakte zusammengefaßt. Das Diagramm enthält über der Zeit
als Abszisse zwei Kurvenzüge. Die Ordinaten des unteren Kurvenzuges geben den Verlauf des jeweils
geöffneten Ventilquerschnittes wieder, die Ordinaten
des oberen Kurvenzuges die Größe des Zylinderdruckes bzw. den Weg des Steuergestänges 14 der
Fig. 1, wenn die dargestellten Arbeitstakte auf das Ventil 8 angewendet werden. Analog verläuft die
Steuerwegkurve beim Ventil 9 von hohen zu niedrigeren Werten.
Im Betrieb ergeben sich dann folgende Arbeitstakte:
1. Ventil öffnen
a) Spule 37 des unteren Magnets der Magnetgruppe 35 wird erregt: Anker 38 wird angehoben, Bewegung
wird über Ankerstange 40 auf den Stößel 10 übertragen, der das Hilfsventil 45 so· weit öffnet, bis die
obere Abschlußfläche des Stößels gegen die Unterkante des Verschlußstückes 46 stößt. Bei großem Druckgefalle
reicht die Hubkraft des Magnets im allgemeinen nicht aus, das Hauptventil anzulüften. Erst nach
einem gewissen Druckausgleiah kann der Magnet ganz durchziehen und das Verschluß stück 46 um das eingestellte
Vorgabemaß von einigen Zehntelmillimetern anlüften. Die Steuerung setzt also sehr weich ein und
nimmt dann den geringen Querschnitten entsprechend eine kleine Geschwindigkeit an.
b) Spule 47 des oberen Magneten wird erregt: Der Anker 41 kann erst dann angehoben werden, wenn das
Hilfsventil 45 das Verschlußstück 46 so· weit entlastet hat, daß seine Druckbelastung geringer ist, als die
Hubkraft des oberen Magnets. Mit dem Durchziehen des oberen Magnets springt die Steuergeschwindigkeit
auf den quersahnittbestimmten vollen Wert um.
2. Ventil schließen
&) Spannung vom oberen Magnet wird abgeschaltet:
Mit dem Abschalten der Spannung erhält die Spule 47 einen dosierten Gegenspannungsimpuls, der das
aufgebaute Magnetfeld schlagartig zusammenbrechen läßt, so daß der Anker 41 unter Vermeidung verzögernder
Remanenz ohne Zeitverlust abfallen und das Verschluß stück 46 sofort folgen kann. Kurz vor
dem Aufschlag der Dichtungsflächen 52 auf den Sitz 49 wird das Verschluß stück 46 entsprechend dem
Vorgabemaß von dem Stößel 10 abgefangen, die sich selbst wieder federnd auf dem Magnetfeld der Spule
37 abstützt. Durchflußmenge und Steuergeschwindigkeit sind damit auf die kleinen Werte des Arbeitstaktes
Ia reduziert, so daß die Steuerung sich langsam dem Sollwert nähert.
b) Spannung des unteren Magnets wird abgeschaltet: Nach dem Abschalten der Spannung fällt der
Anker 38 ab und schließt bei Bewegungsbeginn das Hauptventil infolge des kleinen Hubes unter Schonung
der Dichtungsflächen vollständig. Der Rest der Bewegung dient zum Schließen des Hilfsventils 45.
Wenn die Empfindlichkeit der Steuerung es erforderlich macht, kann auch die untere Magnetspule mit
einem Gegenspannungsimpuls beschickt werden.
Claims (5)
1. Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch in diesem
angeordneten Hilfsventil, die durch je einen Magnet über einen Stößel nacheinander geöffnet werden,
,dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß stück
^"(46) des Hauptventils beim Schließen nach Abschalten
des zugehörigen Magnets (41, 47) durch den Stößel (10) kurz vor Erreichen des Sitzes
(52) aufgefangen und federnd auf dem Magnetfeld des das Hilfsventil (45) betätigenden Magnets
(37, 38) abgestützt wird.
2. Steuerventil mit Antrieb durch Elektromagnete, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines Übersteuerns des vorgesehenen Sollwertes außer der
automatischen Umschaltung auf kleine Steuergeschwindigkeit die Magnetspulen mit einem
dosierten Gegenspannungsimpuls beaufschlagt werden.
3. Steuer- und Absperrventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hübe der
kaskadenartig angeordneten Magnete addiert werden und über einen gemeinsamen Stößel (10, 11)
und Ankerstangen (40, 44) die Verschlußstücke der Ventile betätigen.
4. Steuer- und Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuergeschwindigkeit durch Längenänderung der Stößel (10, 11) und/oder durch mechanische
Begrenzung des Magnethubes geändert werden kann.
5. Steuer- und Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Erzielung verschiedener Steuergeschwindigkeiten die Freigabe unterschiedlicher Öffnungsquerschnitte der Ventile in Verbindung mit elektrischen
Sollwert- und Meßwertgebern über entsprechende Vergleichsschaltungen mit einstellbaren
Schwellwerten für die Kommandogeber verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 807 348;
französische Patentschriften Nr. 712 830, 782 053, 740, 1118 949;
USA.-Patentschriften Nr. 2 305 151, 2 388696,
461772, 2 536 813, 2 579 723, 2 587 538.
461772, 2 536 813, 2 579 723, 2 587 538.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 012 790.
Deutsches Patent Nr. 1 012 790.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 809 700/333 12.58
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DESCH21708A DE1047560B (de) | 1957-03-08 | 1957-03-08 | Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch in diesem angeordneten Hilfsventil |
Applications Claiming Priority (1)
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DESCH21708A DE1047560B (de) | 1957-03-08 | 1957-03-08 | Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch in diesem angeordneten Hilfsventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1047560B true DE1047560B (de) | 1958-12-24 |
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ID=7429131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DESCH21708A Pending DE1047560B (de) | 1957-03-08 | 1957-03-08 | Steuer- und Absperrventil, bestehend aus einem Haupt- und einem konzentrisch in diesem angeordneten Hilfsventil |
Country Status (1)
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DE (1) | DE1047560B (de) |
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