DE19531718C2 - Mehrfachstellgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrfachstellgerät zur Steuerung und Regelung der Zufuhr von unter Druck stehendem Gas an ei­ nen Gasbrenner, mit zwei elektromagnetisch angesteuerten Si­ cherheitsabsperrventilen, deren Ventilachsen in der Hubbewegungsrichtung eines jeweils zugehörigen Ventilankers liegen und parallel in ei­ ner Ebene E angeordnet sind und die in Reihe mit einem ein­ stellbaren, servogesteuerten Gasdruckregler geschaltet sind, der entweder zwischen den Ventilen oder ausgangsseitig hin­ ter den Ventilen angeordnet ist, und die von einem vorzugs­ weise metallischen Gehäuse umgeben sind, in welchem von den Ventilen auf- bzw. zusteuerbare Kanäle zum Gastransport, Kammern sowie Ventilsitze vorgesehen sind, auf die die Ven­ tilteller in geschlossenem Ventilzustand mittels Federkraft gedrückt werden.

Ein solches Mehrfachstellgerät ist beispielsweise bekannt aus der DE 31 46 591 A1.

Bei derart oder ähnlich aufgebauten Multifunktional- Armaturen ist der Gehäusekörper, der die Gasführung über­ nimmt und nach außen für die Gasdichtheit und die Aufnahme von mechanischen Belastungen dient, aus einem oder mehreren Druckgußteilen zusammengesetzt. Diese Konstruktionsart er­ laubt zwar eine bessere gestalterische Anpassung der Ge­ häusebauteile an die strömungstechnischen und funktionalen Anforderungen an solche Armaturen, erfordert aber dafür je nach Ausbildung der Druckgußteile mehr oder minder kompli­ zierte Druckgußwerkzeuge.

Ein Hauptnachteil der bekannten Mehrfachstellgeräte besteht deshalb darin, daß sie aufgrund ihres verhältnismäßig kom­ plizierten Aufbaus zu einer preiswerten Massenfertigung nicht geeignet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Mehrfachstellgerät mit den Merkmalen der eingangs beschrie­ benen Art vorzustellen, das wesentlich einfacher aufgebaut ist als die bisher bekannten Geräte, und das demzufolge ins­ besondere für eine Massenfertigung geeignet ist und wesent­ lich preisgünstiger hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise unter anderem da­ durch gelöst, daß das Gehäuse ein stranggepreßter, extru­ dierter, aus Aluminium bestehender Profilkörper ist, in den die Kanäle zum Gastransport, die Kammern sowie zumindest ei­ nige der Ventilsitze der Sicherheitsabsperrventile inte­ griert sind, der in einer vorher festgelegten, standardi­ sierten Länge von einem entsprechenden Endlos-Strangprofil abgeschnitten ist, und an den in Längsrichtung beidseitig Abschlußwände mit Dichtungsmitteln montiert sind, die den zunächst offenen Profilkörper gasdicht abschließen.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Strangpreß­ profiles für die Ausbildung des Armaturengehäuse ergibt sich eine sehr vorteilhafte Konstruktion, da die Werkzeuge hier­ für sehr preiswert sind und die Herstellung des Profiles selbst sehr wirtschaftlich als Massenware erfolgen kann. Eine genau definierte abgeschnittene Länge dieses Profiles ergibt dann das Rohgehäuse für die Armatur.

Durch Verschließen der beiden Schnittflächen des Profil­ stückes mit vorzugsweise metallenen Abschlußwänden unter Verwendung einer geeigneten Abdichtung in Form einer Kork- oder Gummiplatte wird das Gehäuse gasdicht gemacht. Vorzugs­ weise sind diese metallenen seitlichen Abschlußwände als Blechstanz- oder Stanzformteil ausgebildet.

Die hierfür erforderlichen Schrauben lassen sich gemäß der Erfindung in die im Extrudierprofil vorgesehenen Schrauben­ kernlochschlitze für selbstformende Schrauben eindrehen.

Außerdem wird beim erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerät die Biegesteifigkeit wegen des sehr hohen Flächenträgheitsmomen­ tes des röhrenförmigen Hohlprofiles ganz erheblich erhöht. Durch die Verwendung eines Strangpreßprofiles, was in Stand der Technik, wie weiter unten gezeigt wird, kein Vorbild hat, können außerdem besonders große Kammerquerschnitte er­ reicht werden, so daß sich für die strömenden Fluide äußerst geringe Strömungswiderstände ergeben. Schließlich ist zur Herstellung von Verbindungsbohrungen zwischen den Kammern, die lediglich den Charakter kleinerer Durchbrüche haben, nur eine minimale spanende Bearbeitung erforderlich, so daß sich die Herstellungskosten nochmals senken.

In der eingangs zitierten DE 31 46 591 A1 ist das Gehäuse des Mehrfachstellgerätes nach der Seite der beiden Hubmagne­ ten offen gestaltet, wobei eine Abdeckplatte, die auch die Magnetschlußhülsen trägt, zur Abdichtung gegenüber der Au­ ßenatmosphäre erforderlich ist. Durch diese Anordnung gehen alle Gießtoleranzen des Gehäuses sowie alle Dickentoleranzen der Platte in die Hubtoleranzen des Magnetenantriebes ein. Die Platte selbst muß relativ stark dimensioniert werden, um Gewindelänge zum Einschrauben der Magnetschlußhülsen zu bie­ ten, während zum reinen Abdichten gegenüber der Außenatmo­ sphäre eine wesentlich geringere Blechdicke ausreichend wä­ re.

Im Gegensatz dazu ist beim erfindungsgemäßen Mehrfachstell­ gerät das Gehäuse mit beidseitiger Abdichtung so ausgebil­ det, daß es seitlich in einer Richtung senkrecht zur Ebene E offen ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß einerseits die Magnete direkt auf einer Gehäusewand mit geringen Tole­ ranzen befestigt werden können, da die Sitzgeometrie und die Aufnahmebohrung für die Magnetschlußhülsen in einer Aufspan­ nung bearbeitet werden können, und daß die Abdichtung gegen­ über der Außenatmosphäre ohne weitere Übernahme von Funktio­ nen zweckdienlich optimiert werden kann. Die Toleranzen in Breitenrichtung der Armatur sind von untergeordneter Bedeu­ tung.

Auch hinsichtlich der Biegefestigkeit für den Einbau in ei­ ner Rohrleitung sind die beiden durchgehenden Zug- und Druckwände beim erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerät wesent­ lich stabiler als bei der aus dem Stand der Technik bekann­ ten oben und unten offenen Gehäuseform.

Ein weiterer Vorteil der Benutzung von stranggepreßtem Pro­ filmaterial anstelle von Druckgußgehäusen besteht in der Po­ renfreiheit des Strangpreßmaterials. Dadurch wird das Ein­ bringen von kleinen Steuer- und Verbindungsbohrungen für eine Servoregelung ermöglicht.

In der DE 32 17 977 A1 ist im Zusammenhang mit einem Magnet­ ventil ein vorzugsweise gasinternes oder stranggepreßtes Ge­ häuse beschrieben, das sich jedoch wesentlich von dem Gehäu­ se des erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerätes unterscheidet: Das in der Druckschrift abgebildete Strangprofil stellt ei­ nen Omega-Magneten dar, der einen mittleren Kern in einem U- förmigen Längsprofil aufweist, wobei die obere magnetische Querverbindung durch eine Platte bewerkstelligt wird, die wie ein Klappanker wirkt. Der mittlere Kern setzt sich ver­ stärkt nach unten fort und enthält Steuerkanten und Steuer­ kanäle für die Ventilfunktion. Übertragen auf das erfin­ dungsgemäße Mehrfachstellgerät müßte dieser Ventilsteuer­ blockbereich aber als Hohlpreßprofil ausgebildet und seit­ lich abgedichtet sein. Statt dessen ist jedoch in der DE 32 17 977 A1 das "hohle" Ventilgehäuse ganz aus Vollmate­ rial gearbeitet und noch dazu zwangsläufig magnetisch, wäh­ rend das stranggepreßte, extrudierte Hohlprofil-Gehäuse des erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerätes aus Aluminium be­ steht.

Die Druckschrift "Herion Information 1/91", Seiten 13 bis 17, offenbart zwar Aluminium-Strangpreßprofile, die jedoch als Vollprofile vorliegen, in welche diverse Durchflußboh­ rungen, Steuerkanäle und Verbindungsbohrungen eingebracht werden müssen, um die verschiedensten Ventilfunktionen zu erreichen. Ein Hohlprofil wie beim erfindungsgemäßen Mehr­ fachstellgerät ist nicht offenbart.

Die DE 35 34 665 A1 wiederholt nochmals den Grundgedanken aus DE 32 17 977 A1, wonach ein Magneteisenkreis im Quer­ schnitt so zu gestalten ist, daß Ventilfunktionen in den Ei­ senquerschnitt integriert sind, und wobei alle ventilbezoge­ nen Konturen und Verbindungsleitungen spanend erzeugt wer­ den. Hauptkennzeichen dieser Anordnung ist nicht ein separa­ tes Ventilgehäuse, sondern ein seitlich offenes Magnetgehäu­ se mit integrierten Ventilfunktionen. Demgegenüber stellen beim erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerät die Magnetspulen und der äußere Magneteisenkreis eine separate Baugruppe dar. Die Hauptkanäle für die Gasführung hingegen sind Bestandtei­ le des Aluminiumhohlprofiles. Lediglich die Eingangs- und Ausgangsbohrungen, die Ventilsitze und die Durchgänge für die Anker sowie die Servokanäle müssen beim erfindungsgemä­ ßen Mehrfachstellgerät spanend bearbeitet werden. Die Befe­ stigungsbohrungen für die seitlichen Abdeckbleche hingegen sind bereits vorgeformt. Damit ist beim erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerät nur ein Minimum an zerspanender Bearbei­ tung erforderlich und, wie oben bereits erwähnt, der Druck­ verlust für das durchströmende Gas besonders gering.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung schließ­ lich ergibt sich daraus, daß das verwendete Aluminiumstrang­ preßprofil einen sehr guten Wärmeleiter darstellt und somit die von den Magneten erzeugte Eigenwärme infolge der satten Auflage der Magneten auf dem Aluminiumgehäuse hervorragend abgeleitet wird, was wiederum dem Wirkungsgrad des Magnetsy­ stems zugute kommt.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrfachstellgerätes, bei der das Extrusionsgehäuse als Roh­ ling vier voneinander getrennte Kammern aufweist, wobei die Trennwände für Ventilsitze rechtwinklig zur Hubbewegung des jeweiligen Ventilankers verlaufen. Zur Herstellung dieser Ausführungsform wird ein Mehrkammerprofil eingesetzt, das mit insgesamt vier Kammern ausgerüstet, nämlich einer späte­ ren Gaseintrittkammer, die die übrigen Kammern von einer zwischen den beiden hintereinander geschalteten Ventilen an­ geordneten Mittelkammer trennt, sowie einer späteren Regler­ kammer und einer Gasaustrittskammer.

Vorzugsweise haben die Trennwände, welche Ventilsitze bzw. Ventilbohrungen tragen, abgewinkelte Formen mit Flächen, die senkrecht zur Ventilhubbewegung stehen.

Ein erheblicher Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß die Reglerachse senkrecht zur Fläche durch die beiden Ventilmittellinien steht, d. h. in Extrudierrichtung ver­ läuft. Dadurch kann die Baulänge der Gesamtarmatur wesent­ lich verringert werden. In einer speziellen Ausführungsform liegt die Achse des Reglers senkrecht auf der Achse des zweiten Ventils, wodurch sich eine optimal kurze Baulänge des Gehäuses ergibt.

Wird auf den Einbau eines Reglers verzichtet, so entsteht eine vorteilhafte Gehäusekonzeption für ein Doppelmagnet­ ventil, das zwei hintereinander angeordnete Sicherheits­ ventile enthält.

Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Mehrfachstellgerätes, bei dem der Gasdruckregler als Einschubbaugruppe ausgebildet ist, wobei zwei Stützelemente ineinander verrastet sind, die als Führung für die Stell­ gliedstange des Reglers dienen und durch eine Druckfeder gegeneinander verspannt sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehr­ fachstellgerätes in einem Querschnitt senkrecht zur Achse des Profilkörpers; und

Fig. 2 die Ausführungsform nach Fig. 1 in einem die Achse des Profilkörpers enthaltenden Längsschnitt.

Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehr­ fachstellgerätes ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Das Gerät umfaßt ein Gehäuse 10 aus einem stranggepreßten, ex­ trudierten Aluminium-Profilkörper, in den verschiedene Kanä­ le zum Gastransport, und unterschiedliche, voneinander durch Ventile abgetrennte Kammern sowie Ventilsitze für die Si­ cherheitsabsperrventile integriert sind.

Von einem in Fig. 1 links dargestellten Gewindeeingang 20 wird das Gas durch ein Sieb 36 und durch eine erste Kammer 11 zum ersten Sicherheitsabsperrventil mit Ventilsitz 21 ge­ führt, das in geöffneter Stellung dargestellt ist. Durch die Ventilöffnung tritt das Gas in eine zweite Kammer 12 und ge­ langt durch die Ventilöffnung eines zweiten Ventils in eine dritte, zylindrische Kammer 13, die den Regler beinhaltet. Von hier gelangt das auf einen definierten Ausgangsdruck eingestellte Gas in eine vierte Kammer 14 zum Ausgang der Armatur.

Die beiden Ein-/Ausventile sind gleich aufgebaut, so daß sie im folgenden nur am Beispiel des eingangsseitigen Sicher­ heitsabsperrventils beschrieben werden. Ein Ventilteller 39 aus einem Elastomerwerkstoff ist auf einen Anker 40 aufge­ knüpft. Über dem Ventilteller 39 ist ein Sicherungsring 38 montiert, der einen Federteller 45 stützt, der seinerseits die Kraft einer Schließfeder 44 in den Anker überträgt.

Das obere Ende des Ankers 40 hat einen kleineren Durchmesser und gleitet somit in der Schneide eines Gegenankers 29, wo­ durch die Wirksamkeit des Magnetflußes zwischen Anker 40 und Gegenanker 29 verbessert wird.

Der Anker 40 bewegt sich in einem nichtmagnetischen Füh­ rungsrohr 41, das am oberen Ende mit dem Gegenanker 29 form­ schlüssige verbunden und mit einem O-Ring 30 abgedichtet ist. Das Führungsrohr 41 ist an seinem unteren Ende flanschartig umgeformt, dient der Schließfeder 44 als Gegen­ lager und ist gleichzeitig Fixierung beim Einsetzen des Füh­ rungsrohres 41 in die entsprechende Gehäusebohrung. Ein O- Ring 43 übernimmt die Abdichtung zwischen Führungsrohr 41 und Gehäuse 10. Ein in das Gehäuse 10 eingestemmter Ring 42 sorgt für die O-Ring-Vorspannung und die Fixierung des Füh­ rungsrohres 41 im Gehäuse 10. Die gesamte Antriebseinheit bestehend aus Ventilteller 39, Schließfeder 44 und Führungs­ rohr 41 mit Gegenanker 29 wird vormontiert in die Gehäuse­ öffnung eingesetzt und durch den Ring 42 kraftschlüssig mit dem Gehäuse 10 verbunden.

Zwei Magnetspulen 32, die gemeinsam kunststoffumspritzt sind, sorgen zusammen mit einem äußeren u-förmigen Eisen­ kreis 28 für die elektrische Ansteuerung der beiden Ventile.

Je nach Stärke der Schließfedern 44 spricht die Norm EN 161 bzw. EN 126 von A- oder B-Ventilen für die bei Gasanwendung einzusetzenden Gas-Sicherheitsventilen. Die Magnetspulenaus­ legung wird dann der entsprechenden Schließfederkraft ange­ paßt. Es können wahlweise zwei A-Ventile, zwei B-Ventile oder eine Kombination beider Ventilarten eingesetzt werden. Die Magneteinheit ist nach dem Lösen einer zentralen Schraube 34 abnehmbar.

Fig. 2 zeigt den vorgesteuerten Regler mit dem Servoregler als Querschnitt durch die Armatur. Nach dem Durchströmen des zweiten Ventils gelangt das Gas in die zylindrische Kammer 13 links vom Regler-Stellglied 8, 9.

Der Reglerteller 8 aus Elastomer ist auf die Stellglied- Stange 9 aufgeknüpft. Beide werden von einer Druckfeder 15 gegen einen Membranteller 16 gedrückt, der von einer druck­ beaufschlagten Membran 17 bewegt wird. Ein Deckel 18 bildet den Membrandruckraum für den Arbeitsdruck und dichtet mit einer an die Membran 17 angespritzten Flachdichtung 5 nach außen ab. Membrandichtfläche und Deckel 18 sind gegen eine Abschlußwand 4 mit unterlegter Flachdichtung 5 gegen die Ge­ häuseseitenwand verschraubt. Gegenüberliegend ist das Ge­ häuse 10 durch eine entsprechende Abschlußwand 4' mit Flach­ dichtung 5' nach außen abgeschlossen.

Flachdichtung 5 und Abschlußwand 4 stützen ein Rohr 6 ab, das einen metallenen Ventilsitzring 7, der mit einem O-Ring 3 abgedichtet ist, gegen einen Gehäusebund drückt.

Im Rohr 6 sind zwei Stützelemente 2 als Kunststoffspritzele­ mente gelagert, die sich gegenseitig verklipsen lassen. So­ mit kann diese gesamte, vormontierte Baugruppe als Einschub­ einheit in das Gehäuse geschoben werden. Eine weitere Druck­ feder 19 zwischen den beiden Stützelementen 2 sorgt durch Vorspannkraft für festen Sitz und Spielausgleich.

Die Regelung des Arbeitsdruckes für die Membran 17 übernimmt eine Vorsteuerung in der Funktionsart eines Servoreglers. Dieser Servoregler besteht aus einem Oberteil 27, das in ei­ ne Ansenkung des Gehäuses 10 eingestemmt ist, und einer Ver­ stellschraube 31 zur Einstellung des Ausgangsdruckes über eine Sollwert-Feder 22. Diese Sollwert-Feder 22 drückt auf einen Membranteller 35, in den eine Servomembran 33 einge­ knüpft ist. Der wulstförmige Außendurchmesser dieser Ser­ vomembran 33 dient gleichzeitig als Abdichtung des Oberteils 2 gegenüber dem Gehäuse 10.

Der Druck des Gases im zylindrischen Raum 13 links vom Reg­ lerteller 8 gelangt durch eine Schrägbohrung 26, die von ei­ ner Kugel am Ende verschlossen ist, in eine Bohrung 23, die mit dem Arbeitsdruckraum der Membran 17 in Verbindung steht. Düseneinsätze 46 und 47 in dieser Bohrung 23 dienen der Begrenzung des Steuervolumenstroms für den Servoregler und der Dämpfung des Reglersystems. Der Druck in der Bohrung 23 wird über eine Stichbohrung 24, die am Ende als Ventil­ sitz 48 ausgebildet ist, von der Servomembran 33, die im Be­ reich der Stichbohrung 24 als kleiner Ventilteller wirkt, durch Abströmen auf einen definierten Druck geregelt. Die Maßgabe für das Öffnen oder Schließen dieses kleinen Ab­ strömventils ergibt sich aus dem Kräftevergleich zwischen der eingestellten Kraft an der Sollwert-Feder 22 zur sich einstellenden Gegenkraft an der Membranfläche der Servomem­ bran 33 und dem gerade herrschenden Druck im Ausgangsbereich 14 der Armatur hinter dem Ventilsitzring 7. Dieser Ausgangs­ druck soll auch bei unterschiedlichen Volumenströmen kon­ stant gehalten werden. Über eine Bohrung 25 wird die Verbin­ dung zwischen Servoregler-Druckbeaufschlagung und Ausgangs­ druckbereich hergestellt.

Gleichzeitig dient diese Bohrung 25 dazu, die durch das kleine Ventil am Ende der Bohrung 24 abströmende Gasmenge in den Ausgangsraum 14 abzuleiten.

Wird die Sollwert-Federseite der Servomembran 33 des Servo­ reglers über einen Zuführstutzen mit Luft beaufschlagt, so läßt sich dieser Servoregler als luftgeführter Regler ein­ setzen.

Claims (3)

1. Mehrfachstellgerät zur Steuerung und Regelung der Zu­ fuhr von unter Druck stehendem Gas an einen Gasbrenner, mit zwei elektromagnetisch angesteuerten Sicherheitsab­ sperrventilen, deren Ventilachsen in der Hubbewegungs­ richtung eines jeweils zugehörigen Ventilankers liegen und parallel in einer Ebene E angeordnet sind, und die in Reihe mit einem einstellbaren, servogesteuerten Gas­ druckregler mit einer Stellgliedstange geschaltet sind, der entweder zwischen den Ventilen oder ausgangsseitig hinter den Ventilen angeordnet ist, und die von einem metallischen Gehäuse umgeben sind, in welchem von den Ventilen auf- bzw. zusteuerbare Kanäle zum Gastrans­ port, Kammern sowie Ventilsitze vorgesehen sind, auf die Ventilteller in geschlossenem Ventilzustand mittels Federkraft gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) ein stranggepreßter, extrudierter, aus Aluminium bestehender Profilkörper ist, wobei durch den Profilkörper Trennwände zwischen den Kammern gebil­ det sind, daß in den Profilkörper Bohrungen für die Ka­ näle (23, 24, 25, 26) zum Gastransport gebohrt sind, daß zumindest einige der Ventilsitze (21, 48) der Si­ cherheitsabsperrventile in den Trennwänden integriert sind, daß die Trennwände der Kammern (11, 12, 13, 14) in Längsrichtung des Strangpreßprofiles senkrecht zur Ebene E verlaufen, daß die Achse der Stellgliedstange des Gasdruckreglers in die Längsrichtung des Strangpro­ fils gelegt ist, daß die Kammern (11, 12, 13, 14) in Längsrichtung des Strangpreßprofiles beidseitig offen sind, daß der Profilkörper in einer vorher festgeleg­ ten, standardisierten Länge von einem entsprechenden Endlos-Strangprofil abgeschnitten ist, und daß an den Profilkörper in Längsrichtung beidseitig Abschlußwände (4, 4') mit Dichtungsmitteln (5, 5') montiert sind, die den zunächst offenen Profilkörper gasdicht abschließen, wobei zur Montage der Abschlußwände (4, 4') mittels ei­ ner Schraubverbindung die dazu erforderlichen Befesti­ gungslöcher, vorzugsweise Schraubenkernlochschlitze für selbstformende Schrauben, im Profilkörper integriert sind.

2. Mehrfachstellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (10) als Rohling vier vonein­ ander getrennte Kammern (11, 12, 13, 14) aufweist.

3. Mehrfachstellgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gasdruckregler als Einschubbau­ gruppe ausgebildet ist, wobei zwei Stützelemente (2) ineinander verrastet sind, die als Führung für die Stellgliedstange (9) des Gasdruckreglers dienen und durch eine Druckfeder (19) gegeneinander verspannt sind.