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Vorrichtung zur Bewegungsübertragung eines außergehäusigen Betätigungsorgans
auf ein innergehäusiges Wirkorgan, beispielsweise für ein Ventil Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Bewegungsübertragung eines außergehäusigen Betätigungsorgans
auf ein innergehäusiges Wirkorgan, beispielsweise in Verbindung mit einem Ventilkörper
durch Magnete, wobei von zwei sich gegenüberliegenden, je an einer Seite der Gehäusewand
im Betätigungsorgan bzw. Wirkorgan angeordneten ferromagnetischen Körpern mindestens
einer als Magnet ausgebildet ist.
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Bei bekannten Ventilen dieser Art sind die Dauermagnete fest mit dem
Betätigungs- bzw. Wirkorgan verbunden, und es hat sich gezeigt, daß es bei solchen
Ventilen schwierig ist, eine genaue Synchronisierung der Bewegungen des Betätigungsorgans
und des Wirkorgans zu erreichen, was sich besonders bei den sogenannten modulierenden
Ventilen, deren Ventilkörper beliebige Stellungen zwischen »ganz offen« und »ganz
geschlossen« einnehmen sollen, nachteilig bemerkbar macht.
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Die vorliegende Erfindung, die unter anderem diesem Nachteil abzuhelfen
bestrebt ist, beruht auf der Erkenntnis, daß die Schwierigkeiten vor allem darauf
zurückzuführen sind, daß die Magneten, bei Bewegung des Betätigungsorgans am Ventilgehäuse
gleiten müssen, was zu einer ruckweisen Bewegung des Betätigungsorgans führt, weil
die Bewegung dieses Organs erst nach Überwindung der statischen Reibung beginnt,
d. h. nach einer gewissen Verschiebung des äußeren Betätigungsorgans, so daß es
insbesondere schwierig wird, kleine Änderungen der Ventilkörperstellung mit einer
zufriedenstellenden Genauigkeit auszuführen. Dem genannten Nachteil könnte in gewissem
Grad durch Anordnung eines Luftspalts zwischen der Ventilgehäusewand und den inneren
Magneten begegnet werden, aber der hierbei eingeführte zusätzliche magnetische Widerstand
würde die Verwendung sehr kräftiger Magneten erforderlich machen und damit den Platzbedarf
und die Unkosten für das Ventil erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird den angeführten Nachteilen dadurch abgeholfen,
daß wenigstens die an der Innenseite des Gehäuses befindlichen ferromagnetischen
Körper so angeordnet sind, daß sie bei Verschieben des Betätigungsorgans auf der
Gehäusewand rollen können. Durch die hiervon bedingte Herabsetzung des Reibungswiderstandes
gegen die Bewegung der Magneten läßt sich ein Luftspalt zwischen den Magneten und
der Wand vermeiden und damit der magnetische Widerstand weitmöglichst herabsetzen,
wodurch wiederum eine maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Magnetkraft
erreicht wird, und gleichzeitig läßt sich eine genaue Übereinstimmung zwischen einer
von außen hervorgerufenen Verschiebung des Betätigungsorgans und der entsprechenden
Verschiebung des Wirkorgans und damit des Ventilkörpers erreichen.
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Wenn die Gehäusewand eine Umdrehungsfläche ist, können die Magneten
erfindungsgemäß vorteilhaft Stabmagneten sein, die drehbar um ihre Längsachsen im
Wirkorgan gelagert sind. Es wird in dieser Verbindung bemerkt, daß es oft von Vorteil
sein kann, sowohl die inneren als auch die äußeren Magneten drehbar zu lagern, da
man dadurch auch die manuelle Ausführung einer gewünschten Justierung mittels des
Betätigungsorgans erleichtert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß in der Gehäusewand ein Gewinde mit verhältnismäßig weich abgerundetem Profil
ausgebildet ist und daß die Endabschnitte der Magneten ein dem Gewinde angepaßtes
Querschnittprofil besitzen. Durch Ersetzen des üblichen inneren Gewindes, das bei
einer Drehung des Ventilkörpers eine axiale Verschiebung dieses Körpers hervorruft,-
mit einem in der Gehäusewand ausgebildeten Gewinde mit entsprechend größerem Diameter
und
in Kombination mit den rollend gelagerten Magneten erreicht man-eine weitere Herabsetzung
der Reibung und eine größere Genauigkeit der Einstellung des Ventilkörpers.
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Erfindungsgemäß werden vorzugsweise kreiszylindrische Magneten, die
an ihren Enden Polschuhe mit größerem Durchmesser tragen, verwendet, wodurch ein
erhöhter Magnetfluß zwischen den sich gegenüberliegenden, je an einer Seite der
Ventilgehäusewand befindlichen Magnetpolen erreicht wird.
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Die drehbare Lagerung der Magneten kann erfindungsgemäß auf konstruktiv
einfache Weise dadurch verwirklicht werden, daß die Magneten an jedem Ende einen
axial hervorstehenden Zapfen besitzen, der in einem radialen Schlitz eines am Wirkorgan
und/oder Betätigungsorgan befestigten Halters geführt ist. Diese Ausführungsform
kann vorteilhaft sowohl für die inneren als auch für die äußeren Magneten angewendet
werden, auch wenn die letzteren nicht auf-'der Gehäusewand rollen können sollen,
da die radialen Schlitze im Halter sichern, daß die Magneten sich stets mit ihren
aktiven Flächen in dichter Anlage gegen die Gehäusewand einstellen können, ungeachtet
eventueller kleinerer Herstellungsungenauigkeiten.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die schematische
Zeichnung näher erklärt.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils; F i g. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 11-1I
in F i g. 1, und F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht einer geänderten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils, teilweise im Schnitt gesehen.
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Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Ventil hat ein zylindrisches rohrförmiges
Ventilgehäuse 1, das aus geeignetem unmagnetischem Material, beispielsweise unmagnetischem
rostfreiem Stahl, hergestellt ist. An dem einen Ende des Ventilgehäuses ist ein
Auslaßstutzen 2 mit einem axialen Ausströmungskanal 3 eingeschraubt, und am entgegengesetzten
Ende des Gehäuses ist ein Einlaßstutzen 4 festgeschraubt. Der im Gehäuse 1 nach
innen gerichtete Rand des Ausströmungskanals 3 ist als ein Ventilsitz ausgebildet,
der mit einem konischen Ventilkörper 5 zusammenwirkt, der in Verbindung mit einem
Stutzen 2 aus Stahl oder anderem Metall zweckmäßig aus Kunststoff hergestellt sein.
kann.
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Eine axial durch das Gehäuse 1 verlaufende Ventilspindel 6 ist an
ihrem unteren Ende mit einem Pilotventilkörper 7 beweglich verbunden, der mit einem
Pilotsitz längs des Randes des axialen Durchströmungskanals 8 des Ventilkörpers
5 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 7 umschließt eine Erweiterung 9 am Ende der Ventilspindel
6, welche Erweiterung zwei kugelförmige axiale Flächen aufweist, die mit
einem kleinen axialen Spielraum zwischen dem Ventilkörper 7 und einer. darin angeordneten
Schraubenmutter 10 geführt sind. Auf diese Weise können sich der Ventilkörper 7
und die Spindel 6 frei im Verhältnis zueinander drehen und außerdem eine kleine
axiale gegenseitige Verschiebung ausführen. An der Unterseite des Ventilkörpers
7 ist ein Ventilheber 11 befestigt, der durch den Kanal 9 heruntersagt und an dessen
Unterseite drei radial aussagende Arme aufweist, die in geschlossener Stellung des
Ventils, wie in F i g. 1 gezeigt, etwas unter dem Ventilkörper 5 liegen. -Das obere
Ende der Ventilspindel 6 hat ein Außengewinde 12, das in eine Schraubemnutter 13
eingreift, die gegen Drehen und axiale Verschiebung im Gehäuse 1 mittels zweier
oder gegebenenfalls mehrerer Pinolen 14 festgehalten ist, die in die Wand des Ventilgehäuses
1 geschraubt sind und dadurch ein Justieren der radialen Stellung der Schraubenmutter
13 ermöglichen.
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In einem Stück mit der Ventilspindel 6 sind zwei axial zueinander
verschobene Halter 15 ausgebildet, die in der gezeigten Ausführungsform je von einem
dreiarmigen Stern mit drei in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneten radialen
Schlitzen 16 gebildet werden. Drei zylindrische Stabmagneten 17 aus geeignetem dauermagnetischem
Material sind an jedem Ende mit einem aus z. B. Weicheisen hergestellten Polschuh
18 versehen. Der Polschuh hat eine kreiszylindrische Seitenfläche und eine ebene
Endfläche mit einer zentralen Vertiefung, in der das eine Ende des Magneten 17 stramm
sitzt. Die entgegengesetzte Endfläche jedes Polschuhs 18 ist mit einem zylindrischen
Drehzapfen 19 ausgebildet, der mit geeignetem Spielraum in einem Schlitz 16 eines
der beiden Halter 15 geführt ist.
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An der Außenseite des Ventilgehäuses 1 ist ein generell mit 20 bezeichnetes
Betätigungsorgan, bestehend aus einem becherförmigen Gehäuse 21 aus unmagnetischem
Material sowie einem Deckel 22, vorhanden. Das Betätigungsorgan 20 ist in F i g.
2 mit abgenommenem Deckel 22 gezeigt.
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Das Gehäuse 21 hat generell kreiszylindrische Form mit einem Innendurchmesser
entsprechend dem Außendurchmesser des Gehäuses 1, und es hat außerdem drei Taschen
oder Erweiterungen 23 entsprechend den drei innen im Gehäuse 1 angeordneten Magneten
17 und mit gleichem Winkelabstand voneinander liegend wie diese. In jeder der Taschen
23 des Betätigungsorgans 20 befindet sich ein kreiszylindrischer Stabmagnet 24,
an dessen Enden zwei kreiszylindrische Polschuhe 25 mit größerem Durchmesser als
der Magnet 24 befestigt sind. Der Durchmesser der Polschuhe ist so gewählt, daß
die Polschuhe in ihren zugehörigen Taschen frei drehen können und gleichzeitig eine
kleine radiale Einstellungsmöglichkeit haben. Wenn die inneren und äußeren Magneten
17 bzw. 24 so angeordnet sind,. daß ein Nordpol des einen Magneten gegenüber einem
Südpol des anderen Magneten liegt (s. F i g.1), werden die Polschuhe 18 bzw. 25
der Magneten voneinander angezogen und dadurch auf Grund der Beweglichkeit der Magneten
in ihren Haltern in Anlage gegen die Innenseite bzw. Außenseite der zylindrischen
Wand des Ventilgehäuses 1 geraten. Durch manuelle Drehung des Betätigungsorgans
20 werden die Magneten 24 versuchen, die Magneten 17 mitzunehmen, und auf Grund
der Bewegungsfreiheit der Magneten und insbesondere der Drehbarkeit der inneren
Magneten 17 in den Haltern 15 wird die Ventilspindel 6 der Drehung des Betätigungsorgans
20 mit großer Genauigkeit folgen.
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Durch Drehen des Betätigungsorgans 20 entgegen dem Uhrzeigersinn in
F i g. 2 wird die Ventilspindel 6 gleichzeitig auf Grund des Eingriffs, zwischen
dem Gewinde 12 und der Schraubenmutter 13 aus der in F i g. 1 gezeigten Stellung
gehoben, wodurch sie nach überwindung des kleinen axialen Spiels zunächst den Pilotventilkörper
7 so weit hebt, daß Druckausgleich zwischen der Oberseite und der Unterseite des
Hauptventilkörpers
5 hergestellt wird. Nach noch einer kurzen axialen
Verschiebung der Spindel 6 nimmt der Ventilheber 11 auch den Ventilkörper 5 mit,
wodurch die eigentliche Ausströmungspassage zwischen dem Ventilkörper 5 und dem
Stutzen 2 geöffnet wird. Die gezeigte Pilotventileinrichtung kann im übrigen ausgelassen
werden, wenn das Ventil nur gegen einen verhältnismäßig kleinen Druckunterschied
öffnen soll.
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Anstatt der in F i g. 1 und 2 gezeigten kreiszylindrischen Polschuhe
25 an den Außenmagneten 24, die das Rollen der Magneten auf der Außenseite des Ventilgehäuses
1 ermöglichen, ließe sich in gewissen Fällen die Anwendung von Polschuhen denken,
die auf einem Teil ihrer zylindrischen Oberfläche übereinstimmend mit dem Außendurchmesser
des Gehäuses 1 profilgeschliffen sind; so daß die Polschuhe gegen das Gehäuse mit
einem Teil einer Zylinderfläche statt nur längs einer Linie anliegen würden. Durch
diese Vergrößerung des Berührungsareals der Außenmagneten wird der magnetische Verlust
zwischen den Außen- und den Innenmagneten herabgesetzt. Wenn man anstatt der in
F i g. 1 und 2 gezeigten Halter 15 mit zwei - anstatt wie gezeigt drei - sich diametral
gegenüberstehenden Armen und entsprechenden Magneten anwendet, kann man die vom
Spreizfeld innen im Gehäuse 1 herrührenden magnetischen Verluste dadurch herabsetzen,
daß man die beiden sich diametral gegenüberliegenden Magneten 17 so anordnet, daß
ein Nordpol des einen Magneten in gleicher Normalebene des Ventilgehäuses liegt
wie ein Südpol des anderen Magneten.
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Das in F i g. 3 gezeigte Ventil hat ein hauptsächlich zylindrisches
Ventilgehäuse 31 mit einem Einlaßstutzen 32 und einem Auslaßstutzen 33 am einen
Ende bzw. an der Seite des Ventilgehäuses. Der Ventilkörper und der zugehörige Ventilsitz
sind als solche nicht gezeigt, da diese Komponenten von ganz üblicher Ausbildung
oder, entsprechend dem in F i g. 1 gezeigten, mit einem besonderen Pilotventilkörper
ausgebildet sein können. In F i g. 3 ist das obere Ende einer Ventilspindel 34 mit
dem nicht gezeigten Ventilkörper derart mechanisch verbunden, daß dieser bei einer
Axialverschiebung der Ventilspindel 34 geöffnet bzw. geschlossen wird.
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über dem unteren, zylindrischen Teil des Ventilgehäuses 31, an den
die Stutzen 32 und 33 angeschlossen sind, ist das Gehäuse mit einem Gewinde 35 ausgebildet,
dessen Profil ähnlich dem Gewindeprofil einer Glasflasche oder eines Metallkanisters
weich abgerundet ist.
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Die Axialbewegung der Ventilspindel 34 wird mittels eines Betätigungsgriffs
36 hervorgebracht, der aus einem zylindrischen und einem konischen Abschnitt zusammengesetzt
ist, beide koaxial mit dem Ventilgehäuse 31, sowie einer ebenen Endfläche mit einer
Nabe 37, die eine axiale Bohrung besitzt, die auf einem aufragenden Zapfen 38 am
Ventilgehäuse 31 geführt ist. In Verbindung mit dem Zapfen 38 und der Nabe 37 können
eine Skala und ein. Zeiger vorhanden sein, die die Ventilkörperstellung angeben.
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Die Innenseite des zylindrischen Abschnitts des Betätigungsgriffs
36 ist mit drei radial nach innen verlaufenden Armen 39 ausgebildet, die je einen
radial verlaufenden Schlitz 40 aufweisen. Im nach innen umgebogenen unteren Randflansch
41 des Betätigungsgriffs 36 sind drei entsprechende Schlitze 40 vorhanden, die mit
den Schlitzen in den Armen 39 axial fluchten. In einem Stück mit der Ventilspindel
34 sind axial versetzte Halter 42 mit radialen Schlitzen 43 entsprechend den Schlitzen
16 in F i g. 1 und 2 und den Schlitzen 40 im Betätigungsgriff 36 ausgebildet. Es
sind insgesamt drei Paar Halter 42 vorhanden, die gegeneinander 120° winkelverschoben
sind und gleichzeitig in Axialrichtung längs der Spindel 34 übereinstimmend mit
der Steigung des Gewindes 35 versetzt sind.
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Ein Magnetaggregat, bestehend aus einem kreiszylindrischen Stabmagneten
44 mit zwei Polschuhen 45, ist mittels axial hervorstehender Drehzapfen 46 an den
Polschuhen 45 in den axial fluchtenden Schlitzen 43 jedes der Halterpaare 42 drehbar
gelagert. Die Seitenflächen jedes Polschuhs 45 werden aus Umdrehungsflächen koaxial
mit dem Stabmagneten 44 und mit einer Erzeugenden entsprechend dem Profil des Gewindes
35 gebildet.
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Es sind drei entsprechende äußere Magnetaggregate, je bestehend aus
einem kreiszylindrischen Stabmagneten 47 aus dauermagnetischem Material und zwei
Polschuhen 48, vorhanden. Jedes dieser Magnetaggregate ist mittels axial hervorstehender
Zapfen 49 mit geeignet kleinem Spielraum in zwei axial fluchtenden Schlitzen 40
im Betätigungsgriff 36 geführt. Die Polschuhe 48 sind generell kreiszylindrisch,
sind aber auf einem Teil ihrer Oberfläche - wie bereits oben bei der Besprechung
von F i g. 1 und 2 erwähnt - profilgeschliffen, und zwar mit einem solchen Profil,
daß sie das Gewinde 35 außen mit einer verhältnismäßig großen Berührungsfläche umschließen.
Die Magnetaggregate 47, 48 können deshalb nicht - wie die Aggregate 44, 45 - in
ihren Schlitzen 40 rotieren, können sich aber radial einstellen, so daß ebenso wie
bei der Ausführungsform in F i g. 1 und 2 ein magnetischer Kreislauf zwischen den
inneren und den äußeren Magnetaggregaten mit möglichst geringem magnetischem Widerstand
und daraus folgendem Verlust hergestellt wird.
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Die drei Arme 39 an der Innenseite des Betätigungsgriffes 36 sind,
wie die entsprechenden Halterarme 42 an der Ventilspindel 34, übereinstimmend mit
der Steigung des Gewindes 35 in Axialrichtung zueinander versetzt. Es wird deshalb
an drei Stellen der Ventilgehäuseperipherie ein inneres und ein äußeres Magnetaggregat
in dichtmöglichster gegenseitiger Berührung vorhanden sein, so daß ein Drehen des
Betätigungsgriffes 36 mit maximaler Nutzwirkung auf die Ventilspindel 34 übertragen
wird, die dadurch teils gedreht, teils dank des Gewindes 35 axial verschoben wird
zum - abhängig von der Drehrichtung - Öffnen oder Schließen des nicht gezeigten
Ventilkörpers.
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Die oben beschriebenen Beispiele dienen ausschließlich zur Veranschaulichung
des Prinzips der Erfindung, die im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche in verschiedenster
Weise verwirklicht werden kann. Beispielsweise können die in F i g. 3 gezeigten
Polschuhe der äußeren Magnetaggregate als Drehkörper analog mit den Polschuhen in
F i g. 1 und 2 ausgebildet sein, wodurch auch die äußeren Magneten auf der Ventilgehäusewand
rollen können, wenn der Betätigungsgriff gedreht wird. Es ließe sich auch denken,
die Erfindung in Verbindung mit Ventilen auszunutzen, bei denen die Magneten an
der Innen- bzw. der Außenseite einer ebenen Wand, z. B. einer Endwand eines Ventilgehäuses,
angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Ventil kann überall dort
angewendet
werden, wo es von Bedeutung ist, eine genaue Einstellung und sichere Dichtigkeit
des Ventilgehäuses zu erreichen, beispielsweise als Heizkörperventil oder als Sperrventil
für angreifende Gase oder Flüssigkeiten, z. B. Petroleum, Benzin und andere Erdölprodukte.