DE19536607A1

DE19536607A1 - Burner adjuster with valve seat for heating systems etc

Info

Publication number: DE19536607A1
Application number: DE19536607A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schmitz
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: Johnson Service Co
Priority date: 1995-09-30
Filing date: 1995-09-30
Publication date: 1997-04-03

Abstract

The metal valve seat (7') of the valve has a sliding coating formed by a hard film (19) composed of self-setting film-former (20) with embedded lubricant pigments (21), the film joined firmly to the metal surface of the housing (1). The film is applied to the fine-ground housing surface to a thickness equal between two and ten times the unprocessed metal surface depth (Rt). The energised control magnet draws armature in so incoming gas unseats the adjuster off the seat. The gas builds up chamber pressure which is fed back to impact the diaphragm chamber, thus differentiating inlet and outlet chamber pressures. The slide coating retains valve function at all times.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gas-Stellgerät für atmosphärische Brenner und Gebläsebrenner in Heizungs- und wärmetechnischen Anlagen, mit
einem metallischen Gehäuse, das eine gaseinlaßseitige Kammer, eine gasauslaßseitige Kammer und mindestens eine Durchlaßöffnung mit einem Ventilsitz aufweist,
einem Stellglied, welches eine axial beweglich geführte Stellstange sowie mindestens einen Ventilteller aufweist und
einer Steuermagneteinrichtung, die eine Spule, einen Hubanker, eine Schließfeder sowie einen an den Anker angeschlossenen und von der Schließfeder belasteten Druckteller aufweist,
wobei der Druckteller bei stromdurchflossener Spule einen Freilaufweg für das Stellglied freigibt sowie bei strom loser Spule unter der Wirkung der Schließfeder an dem Stellglied anliegt und dieses in einer Zu-Stellung hält und wobei an dem Ventilteller eine Elastomerdichtung angeordnet ist, die in der Zu-Stellung an dem Ventilsitz anliegt. - In seiner einfachsten Ausführung besitzt das Gerät eine Auf/Zu-Funktion. Zusätzlich können die Geräte jedoch auch mit einem Druckregler, mit einem Servo-Präzisions druckregler mit langsam öffnender Startstufe oder mit einem Gas/Luft-Verhältnisregler ausgerüstet sein. Bevorzugt sind Ausführungen mit zwei an der Stellstange angeschlossenen Ventiltellern, die in der Zu-Stellung an jeweils einem Ventilsitz anliegen, wobei ein Ventilteller von dem eingangsseitigen Gasdruck in Öffnungsrichtung und der andere, etwas kleinere, Ventilteller in Schließrichtung belastet ist.The invention relates to a gas control unit for atmospheric burners and forced draft burners in heating and heat engineering systems, with
a metallic housing which has a gas inlet side chamber, a gas outlet side chamber and at least one passage opening with a valve seat,
an actuator which has an axially movably guided actuating rod and at least one valve disk and
a control magnet device which has a coil, a lifting armature, a closing spring and a pressure plate connected to the armature and loaded by the closing spring,
wherein the pressure plate releases a free-running path for the actuator when the coil is energized and, when the coil is deenergized, bears against the actuator under the action of the closing spring and holds it in a closed position, and an elastomer seal is arranged on the valve plate, which is in the closed position rests on the valve seat. - In its simplest version, the device has an open / close function. In addition, however, the devices can also be equipped with a pressure regulator, with a servo precision pressure regulator with a slowly opening starting stage or with a gas / air ratio regulator. Preferred are versions with two valve disks connected to the actuating rod, which in the closed position rest against one valve seat each, one valve disk being loaded by the gas pressure on the inlet side in the opening direction and the other, somewhat smaller valve disk in the closing direction.

Nach Aktivierung der Steuermagneteinrichtung öffnet das Stellglied eines ordnungsgemäß arbeitenden Gas-Stellgeräts der beschriebenen Art bei einem Differenzdruck zwischen Gaseinlaß- und Gasauslaßseite, auch Öffnungsstartdruck genannt, von einigen wenigen Millibar. Je nach Geräteausführung beträgt der Öffnungsstartdruck in der Praxis etwa 2 bis 4 mbar. Nach längeren Betriebsunter brechungen des Brenners, in denen das Gas-Stellgerät in der Zu-Stellung verharrt, kann es vorkommen, daß das Stellglied nicht öffnet oder daß sich zumindest ein wesentlich höherer Differenzdruck zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß einstellt, bevor das Stellglied öffnet. Es öffnet dann zeitverzögert und stoßartig. Ursache sind Adhäsionsphänomene zwischen dem Ventilsitz und der unter elastischer Vorspannung anliegenden Elastomerdichtung. Die Zeitverzögerung kann eine Störungsmeldung und Abschaltung des Brenners auslösen, weil die Flammenüberwachungseinrichtung innerhalb der vorgegebenen Sicherheitszeit kein Signal abgibt. Die zeitverzögerte und bei einem höheren Öffnungsstartdruck schlagartig einsetzende Öffnung des Stellglieds hat ferner einen kurzzeitig stark erhöhten Gasmengenstrom zur Folge, der durch einen angeschlossenen Druckregler nicht sofort korrigiert werden kann. Der Verbrennungsvorgang kann hierdurch erheblich gestört werden.After activating the control magnet device, this opens Actuator of a properly operating gas actuator of the type described at a differential pressure between Gas inlet and gas outlet side, also opening start pressure called, from a few millibars. Depending on Device version is the opening start pressure in the Practice about 2 to 4 mbar. After a long period of inactivity refractions of the burner, in which the gas actuator in the Stuck to position, it can happen that the actuator does not open or that at least a much higher one Sets differential pressure between gas inlet and gas outlet, before the actuator opens. It then opens with a time delay and jerky. The cause is adhesion phenomena between the Valve seat and under elastic pre-tension adjacent elastomer seal. The time delay can trigger a fault message and switch off the burner, because the flame monitor inside the does not give a signal at the specified safety time. The delayed and at a higher opening start pressure sudden opening of the actuator also has resulting in a briefly greatly increased gas flow, not immediately due to a connected pressure regulator can be corrected. The combustion process can this can be significantly disturbed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gas-Stellgerät der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß das Stellglied auch nach langen Betriebsunterbrechungen der Heizungsanlage ordnungsgemäß bei dem durch die Auslegung vorgegebenen Öffnungsstartdruck öffnet, wenn die Steuermagneteinrichtung wieder aktiviert wird.The invention has for its object that Gas actuating device of the type described at the beginning improve that the actuator even after long The heating system has been shut down properly at the opening start pressure specified by the design opens when the control magnet device is reactivated becomes.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der metallische Ventilsitz eine Gleitbeschichtung in Form eines mit der Metalloberfläche des Gehäuses fest verbundenen Hartfilms aus einem aushärtenden Filmbildner und eingelagerten Schmierstoffpigmenten aufweist. - Geeignete Gleitbeschichtungen sind an sich bekannt (Firmenbroschüre der AHC Oberflächentechnik Friebe & Reininghaus GmbH "Gliss-Coat" - Hartfilmschmierstoffe für gleitende Metallflächen). Als Schmierstoffpigmente kommen beispiels weise Molybdändisulfid, Graphit, PTFE, Bornitride, Polyamid und/oder Metalloxide in Betracht. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird die Hartfilm-Beschichtung eingesetzt, um den Reibungskoeffizient zwischen Bauteilen, die gegeneinander bewegt werden, zu reduzieren. Beispiele sind Gleitlager, Buchsen, Wellen, Kolben, Zylinder und dergleichen. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß der zu anderen Zwecken bekannte Hartfilm verhindert, daß eine unter elastischer Verformung auf einer Metallfläche aufliegende Elastomerdichtung an der metallischen Fläche haftet. Für die erfindungsgemäße Anwendung ist Polyte trafluorethylen als Schmierstoffpigment bevorzugt. Der Hartfilm ist in einer Schichtdicke von weniger als 50 Mikrometern auf die in üblicher Weise bearbeitete metallische Oberfläche des Ventilsitzes auftragbar. Vorzugsweise ist der Hartfilm auf eine durch Feindrehen hergestellte Oberfläche des Gehäuses in einer Dicke, die der zwei- bis zehnfachen Rauhtiefe der bearbeiteten Metalloberfläche entspricht, aufgetragen.To achieve this object, the invention teaches that metallic valve seat a sliding coating in the form of a firmly connected to the metal surface of the housing Hard films from a hardening film former and has stored lubricant pigments. - Suitable Sliding coatings are known per se (company brochure AHC Oberflächentechnik Friebe & Reininghaus GmbH "Gliss-Coat" - hard film lubricants for sliding Metal surfaces). As lubricant pigments come for example such as molybdenum disulfide, graphite, PTFE, boron nitride, polyamide and / or metal oxides. As part of the known The hard film coating is used to measure the Friction coefficient between components that are against each other be moved to reduce. Examples are plain bearings, Bushings, shafts, pistons, cylinders and the like. The Invention is based on the surprising finding that the hard film known for other purposes prevents a with elastic deformation on a metal surface Overlying elastomer seal on the metallic surface is liable. For the application according to the invention is polyte trafluoroethylene preferred as a lubricant pigment. Of the Hard film is in a layer thickness of less than 50 Micrometers on the machined in the usual way metallic surface of the valve seat can be applied. Preferably, the hard film is made by fine turning manufactured surface of the housing in a thickness that two to ten times the surface roughness of the machined Metal surface corresponds, applied.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen in schematischer DarstellungIn the following, the invention is based on only one Exemplary embodiment drawing in detail explained. They show a schematic representation

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Gas-Stellgerät für atmosphärische Brenner und Gebläsebrenner in Heizungs- und wärmetechnischen Anlagen Fig. 1 shows a longitudinal section through a gas control device for atmospheric burners and forced draft burners in heating and thermal systems

Fig. 2 und 3 stark vergrößerte Ausschnitte aus dem in Fig. 1 dargestellten Gegenstand. Fig. 2 and 3 greatly enlarged details of the illustrated in Fig. 1 item.

Zum grundsätzlichen Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Gerätes gehören ein metallisches Gehäuse 1, ein Stellglied 2 sowie eine Steuermagneteinrichtung 3. Das Gehäuse 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus Aluminiumguß und weist eine gaseinlaßseitige Kammer 4, eine gasauslaßseitige Kammer 5 sowie zwei Durchlaßöffnungen 6 mit jeweils einem Ventilsitz 7, 7′ auf. Das Stellglied 2 besteht aus einer axial beweglich geführten Stellstange 8 und zwei daran angeschlossenen Ventiltellern 9, 9′, die in der Zu-Stellung an jeweils einem Ventilsitz 7, 7′ anliegen. Dabei ist ein Ventilteller 9 von dem eingangsseitigen Gasdruck in Öffnungsrichtung und der andere, etwas kleinere Ventil teller 9′ in Schließrichtung belastet. An das Stellglied sind eine Regelmembran sowie eine Zugfeder 10 angeschlossen. Die Vorspannung der Zugfeder 10 ist durch eine Spanneinrichtung 11 einstellbar. Die Steuermagnet einrichtung 3 weist eine Spule 12, einen Hubanker 13, eine Schließfeder 14 sowie einen an den Hubanker 13 angeschlossenen und von der Schließfeder 14 belasteten Druckteller 15 auf. Bei stromloser Spule 12 liegt der Druckteller unter der Wirkung der Schließfeder 14 an dem Stellglied an und hält dieses in der in den Figuren dargestellten Zu-Stellung. Bei stromdurchflossener Spule 12 zieht der Hubanker 13 an, wobei der Druckteller 15 einen Freilaufweg für das Stellglied 2 freigibt.The basic structure of the device shown in FIG. 1 includes a metallic housing 1 , an actuator 2 and a control magnet device 3 . The housing 1 consists in the embodiment of cast aluminum and has a gas inlet side chamber 4 , a gas outlet side chamber 5 and two passage openings 6 , each with a valve seat 7 , 7 '. The actuator 2 consists of an axially movably guided actuating rod 8 and two valve plates 9 , 9 'connected thereto, which in the closed position bear against a valve seat 7 , 7 '. Here, a valve disk and charged to 9 of the inlet gas pressure in the opening direction other slightly smaller valve plate 9 'in the closing direction. A control membrane and a tension spring 10 are connected to the actuator. The bias of the tension spring 10 is adjustable by a tensioning device 11 . The control magnet device 3 has a coil 12 , a lifting armature 13 , a closing spring 14 and a pressure plate 15 connected to the lifting armature 13 and loaded by the closing spring 14 . When the coil 12 is de-energized, the pressure plate bears against the actuator under the action of the closing spring 14 and holds it in the closed position shown in the figures. When the coil 12 has a current flowing through it, the lifting armature 13 picks up, the pressure plate 15 opening up a free-running path for the actuator 2 .

An den beiden Ventiltellern 9, 9′ ist jeweils eine Elastomerdichtung 16, 16′ angeordnet, die in der Zu-Stellung an dem zugeordneten Ventilsitz 7, 7′ unter elastischer Verformung angepreßt ist. Den Figuren entnimmt man, daß im Ausführungsbeispiel ein Ventilteller 9 eine Flachdichtung 16 in Form einer Ringscheibe aus einem elastomeren Dichtungswerkstoff, beispielsweise einen Synthesekautschuk wie NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und dergleichen, aufweist und daß an den anderen Ventilteller 9′ eine Lippendichtung 16′ ebenfalls aus einem elastomeren Dichtungswerkstoff angeschlossen ist. Der Lippendichtung 16′ ist ein ebener, ringförmiger Ventilsitz 7′ zugeordnet (Fig. 2). Der mit der Flachdichtung 16 zusammenwirkende Ventilsitz 7 besitzt eine vorspringende Dichtungskante 17, die in der Zu-Stellung in den Dichtungswerkstoff eindringt, und eine die vorspringende Dichtungskante ringförmig umgebende Abstützfläche 18, die in der Zu-Stellung an der Elastomerdichtung flächig anliegt und die Verformung der Flachdichtung 16 begrenzt (Fig. 3).On the two valve plates 9 , 9 ', an elastomer seal 16 , 16 ' is arranged, which is pressed in the closed position on the associated valve seat 7 , 7 'with elastic deformation. The figures show that in the exemplary embodiment a valve plate 9 has a flat seal 16 in the form of an annular disk made of an elastomeric sealing material, for example a synthetic rubber such as NBR (acrylonitrile-butadiene rubber and the like), and that on the other valve plates 9 'a lip seal 16 ' The lip seal 16 'is associated with a flat, annular valve seat 7 ' ( Fig. 2). The valve seat 7 cooperating with the flat seal 16 has a projecting sealing edge 17 which, in the closed position, fits into the sealing material penetrates, and a supporting surface 18 which surrounds the projecting sealing edge in a ring, which in the closed position lies flat against the elastomer seal and limits the deformation of the flat seal 16 ( FIG. 3).

Die beiden metallischen Ventilsitze 7, 7′ weisen jeweils eine Gleitbeschichtung in Form eines mit der Metalloberfläche des Gehäuses 1 fest verbundenen Hartfilms 19 auf. Der Hartfilm 19 besteht aus einem aushärtenden Filmbildner 20 und eingelagerten Schmierstoffpigmenten 21, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen. Der Hartfilm 19 hat eine Schichtdicke zwischen 8 und 30 Mikrometern. Die metallische Oberfläche, auf die der Hartfilm aufgetragen wird, sollte durch Feindrehen bearbeitet sein. Zweckmäßig ist die Schichtdicke des Hartfilms 19 so eingestellt, daß die Dicke der zwei- bis zehnfachen Rauhtiefe R_t der bearbeiteten Metalloberfläche entspricht. Der auf dem Ventilsitz 7, 7′ aufgetragene Hartfilm 19 ist als Gleit beschichtung auf Maschinenteilen, die einer reibenden und verschleißenden Beanspruchung ausgesetzt sind, bekannt. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre verhindert der Hartfilm 19 eine störende Adhäsion zwischen dem Ventilsitz 7, 7′ und der Elastomerdichtung 16, 16′, wenn das Stellglied 2 über einen längeren Zeitraum, von einer oder mehreren Wochen, in der Zu-Stellung verharrt.The two metallic valve seats 7 , 7 'each have a sliding coating in the form of a hard film 19 firmly connected to the metal surface of the housing 1 . The hard film 19 consists of a hardening film former 20 and embedded lubricant pigments 21 , for example of polytetrafluoroethylene. The hard film 19 has a layer thickness between 8 and 30 micrometers. The metallic surface on which the hard film is applied should be machined by fine turning. The layer thickness of the hard film 19 is expediently set such that the thickness corresponds to two to ten times the roughness depth R _{t of} the processed metal surface. The hard film 19 applied to the valve seat 7 , 7 'is known as a sliding coating on machine parts which are exposed to a rubbing and wearing load. Within the framework of the teaching according to the invention, the hard film 19 prevents a disruptive adhesion between the valve seat 7 , 7 'and the elastomer seal 16 , 16 ' when the actuator 2 remains in the closed position over a longer period of one or more weeks.

Das im Ausführungsbeispiel dargestellte Gas-Stellgerät hat nicht nur eine Auf/Zu-Funktion, sondern ist als Gasdruckregler einsetzbar. Zu diesem Zweck ist ein Reglerbauteil 22 mit einer Membrankammer 23 und darin angeordneten Reglermembran 24 vorgesehen. Die Membrankammer 23 steht mit der gasauslaßseitigen Kammer 5 des Gas-Stellgerätes durch eine Bohrung 25 in Verbindung. Die Funktionsweise des Gas-Stellgerätes wird nachfolgend deutlich.The gas control device shown in the exemplary embodiment not only has an open / close function, but can also be used as a gas pressure regulator. For this purpose, a regulator component 22 is provided with a membrane chamber 23 and regulator membrane 24 arranged therein. The membrane chamber 23 communicates with the gas outlet-side chamber 5 of the gas control device through a bore 25 . The operation of the gas control unit is clear below.

Wird die Steuermagneteinrichtung 3 aktiviert, zieht der Hubanker 13 an, wobei durch Anheben des Drucktellers 15 das Stellglied 2 freigegeben wird. Das in die gaseinlaßseitige Kammer 4 eintretende Gas hebt, sofern der Öffnungsstartdruck erreicht wird, das Stellglied 2 von dem Ventilsitz 7, 7′ ab. Durch das in die gasauslaßseitige Kammer 5 strömende Gas baut sich dort ein Druck auf, der als Rückführdruck durch die Bohrung 25 in die Membrankammer 23 geleitet wird und die Regelmembran 24 beaufschlagt. Der auslaßseitige Gasdruck ändert sich so lange, bis sich ein Kräftegleichgewicht zwischen druckbelasteter Regelmembran 24, Zugfeder 10 und der an den Ventiltellern 9, 9′ angreifenden Kräfte einstellt. Der maximale Eingangsdruck beträgt bei einem Gas-Stellgerät der beschriebenen Art etwa 500 mbar, der maximale Differenzdruck zwischen gasein laßseitiger Kammer 4 und gasauslaßseitiger Kammer 5 je nach Baugröße zwischen 20 mbar und 50 mbar. Bei einer Druckdifferenz zwischen 1 und 3 mbar soll das Gas-Stellgerät bei aktivierter Steuermagneteinrichtung 3 öffnen. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung des Ventilsitzes 7, 7′ mit einem Hartfilm 19 aus einem aushärtenden Filmbildner 20 und eingelagerten Schmier stoffpigmenten 21 ist dies auch dann sichergestellt, wenn das Gas-Stellgerät nach einer längeren Betriebspause der Heizungsanlage, in der das Stellglied 2 in der Zu-Stellung verharrte, wieder in Betrieb genommen wird.If the control magnet device 3 is activated, the lifting armature 13 picks up, the actuator 2 being released by lifting the pressure plate 15 . The gas entering the gas inlet side chamber 4 lifts, if the opening start pressure is reached, the actuator 2 from the valve seat 7 , 7 '. The gas flowing into the gas outlet-side chamber 5 builds up a pressure there, which is passed as a return pressure through the bore 25 into the membrane chamber 23 and acts on the control membrane 24 . The outlet-side gas pressure changes until an equilibrium of forces between the pressure-loaded control membrane 24 , tension spring 10 and the forces acting on the valve disks 9 , 9 'is set. The maximum inlet pressure is about 500 mbar in a gas actuator of the type described, the maximum differential pressure between the gas inlet chamber 4 and gas outlet chamber 5 depending on the size between 20 mbar and 50 mbar. At a pressure difference between 1 and 3 mbar, the gas control device should open when the control magnet device 3 is activated. By coating the valve seat 7 , 7 'according to the invention with a hard film 19 from a hardening film former 20 and embedded lubricant pigments 21 , this is also ensured if the gas control device after a long break in operation of the heating system, in which the actuator 2 in the closed Position persisted, put back into operation.

Claims

1. Gas control device for atmospheric burners and fan burners in heating and heating systems, with
a metallic housing which has a gas inlet side chamber, a gas outlet side chamber and at least one passage opening with a valve seat,
an actuator which has an axially movably guided actuating rod and at least one valve disk and
a control magnet device which has a coil, a lifting armature, a closing spring and a pressure plate connected to the armature and loaded by the closing spring,
wherein the pressure plate releases a free-running path for the actuator when the coil is energized and, when the coil is deenergized, bears against the actuator under the action of the closing spring and holds it in a closed position, and an elastomer seal is arranged on the valve plate, which is in the closed position against the valve seat,
characterized in that the metallic valve seat ( 7 , 7 ') has a sliding coating in the form of a hard film ( 19 ) firmly connected to the metal surface of the housing ( 1 ) and consisting of a hardening film former ( 20 ) and embedded lubricant pigments ( 21 ).

2. Gas control device according to claim 1, characterized in that the hard film ( 19 ) on a Herge provided by precision turning surface of the housing ( 11 ) in a thickness which corresponds to two to ten times the surface roughness R _{t of} the machined metal surface is applied .