DE2000824C3

DE2000824C3 - Schnell öffnendes Ventil mit Druckmittelantrieb

Info

Publication number: DE2000824C3
Application number: DE19702000824
Authority: DE
Inventors: Jack W. Kice; Herbert D. Vanderlip
Original assignee: K-B Engineering Co Wichita Kan (vsta)
Current assignee: K-B Engineering Co Wichita Kan (vsta)
Priority date: 1970-01-09
Filing date: 1970-01-09
Publication date: 1974-09-05
Also published as: DE2000824B2; DE2000824A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein schnell öffnendes Ventil zum Freigeben eines Mediumflusses von einer Einin eine Auslaßleitung mit einem einen Einlaß- und einen Auslaßstutzen aufweisenden Gehäuse, das eine quer zu den Anschlußstutzen sich erstreckende Bohrung enthält, in der ein in Schließstellung federbelasteter, druckentlastbarer Kolben beweglich angeordnet ist.

Es sind bereits Ventile bekannt, bei denen die Bewegungen ihrer Verschlußteile von der Durchlaß- in die Schließstellung mit Hilfe der Druckdifferenz des abzusperrenden Druckmittels erfolgen. Diese bekannten Ventile sprechen jedoch sämtlich langsam an und sind daher nicht geeignet, ein Druckmedium schnell von einer Einlaßleitung in eine Auslaßleitung freizugeben. So ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1 056 232 ein Ventil mit den obigen Merkmalen beschrieben, bei dem jedoch der Kolben in Schließstellung nur einseitig mit dem Druck in der Einlaßleitung beaufschlagt ist. Bei manueller Bewegung des Kolbens in seine Durchlaßstellung wird erst die andere Kolbenseite einem allmählich zunehmenden Druck ausgesetzt, so daß sich der Kolben nach einer bestimmten Zeit selbsttätig wieder in seine Schließstellung zuriickbewegt-

Des weiteren ist in der deutschen Auslegeschrift 1 239 156 ein elektromagnetisch zu öffnendes Ventil beschrieben, bei dem ebenfalls in Schließstellung nur eine Kolbenseite druckbeaufschlagt ist, jedoch eine vom Mediumdruck aufgebrachte Partialkraft dazu ausgenutzt wird, die zum öffnen des Ventils benötigte elektromagnetische Kraft möglichst gering zu halten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein rasch öffnendes Ventil zu schaffen, das bei robuster, nur wenige bewegliche Teile aufweisender Bauweise eine spontane Bewegung des Schließkolbens von einer Schließ- in eine Durchlaßstellung und in letzterer die sofortige Freigabe eines großen Volumens ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Kolben^c mit einer durch eine Steuereinrichtung zu öffnenden oder schließenden Druckentleerungsöffnung zum wahlweisen Ablassen des Druckes von dieser Kolbenseite verbunden ist und der Kolben so gestaltet ist, daß eine geringe Menge des in de/ Einlaßleitung befindlichen Druckmittels ständig zu beiden Kolbenseiten gelangt, und daß die in die Gehäusebohrung einmündenden Teile der Anschlußstutzen einen rechteckförmigen Querschnitt haben.

Kolben so zu gestalten, daß längs ihrer Außenfläche das Druckmedium in beschränkter Menge strömen kann, ist grundsätzlich aus der deutschen Patentschrift 807 348 bekannt. Jedoch dient diese Maßnahme hier nur dazu, oberhalb einer Kolbenseite langsam einen Druck aufzubauen, der durch ein Hilfsventil freigegeben werden kann, so daß das von der Einlaßleitung anstehende Druckmedium das Ventil mehr oder minder langsam öffnet.

Des weiteren wird auf die deutsche Patentschrift 840 338 verwiesen, in der ein Ventil mit geringem Strömungsverlust beschrieben wird. Zu diesem Zweck ist ein S-förmiger Durchflußkanal mit rechteckförmigem Querschnitt im Kolben vorgesehen, wobei die mit dem Durchflußkanal in Verbindung bringbaren, stationären Teile der Ein- und Auslaßleitungen ebenfalls einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Die rechteckförmige Querschnittskonfiguration der Strömungskanäle dient hier jedoch nur der zweckmäßigen Ausbildung eines Strömungsweges gleichbleibender Größe, während die erfindungsgemäßen, rechteckförmig gestalteten inneren Teile der Stutzen schon bei anfänglicher Bewegung des Kolbens in seine Durchlaßstellung sofort einen weit größeren Durchlaßquerschnitt als kreisförmig gebildete innere Teile schaffen und damit im Sinne der Aufgabenstellung wirksam werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung, bei der ein eine Membran enthaltendes, am Ventil angeordnetes Membrangehäuse vorgesehen und die Membran mittels einer Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, daß sich durch die Kolbenstange eine die beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Membran untereinander verbindende drosselnde Durchlaßöffnung erstreckt, so daß bei Bewegung des Kolbens von der Schließ- in die Öffnungsstellung eine dem Kolben zugewandte Mem-

brankammer rascher als eine diesem abgewandte Metnbrankammer entleert wird.

Die Kolbenstange kann dabei zvveckmäßigerweise aus Teilen aufgebaut sein, die miteinander durch eine Hülse verbunden sind, so daß sich die Länge der Kolbenstange einstellen läßt.

Das schnell öffnende Ventil nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber herkömmlichen, vergleichbaren Bauarten durch eine robuste und einfache Bauweise aus und ist daher sowohl in seiner Funktionsweise von Natur her zuverlässiger, praktisch wartungsfrei und wirtschaftlicher herzustellen. Da sein Betrieb pneumatisch gesteuert wird, kann es vollkommen sicher auch in explosiven Umgebungen eingesetzt werden. Des weiteren ermöglicht es die rasche Freigabe eines hohen Volumens von unter geringem Druck siehendem Medium zu einer Betätigungseinrichtung. uLs erweist sich in vielen Fällen vorteilhafter als die Verwendung eine" Hochdruckjnediums mit geringerem Volumen, was insbesondere für solche Arbeitsvorgänge, beispielsweise die Reinigung von Filterbeuteln u. agl., zutrifft, wo Luft unter hohem Druck Feuchtigkeit und Verunreinigungen enthält, die die Filterbeutel verunreinigen würden.

Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des schnell öffnenden Ventils in Verbindung mit einem Ballwurfmechanismus,

F i g- 2 eine perspektivische Explosionsansicht des Ventils nach F ig. 1,

F i g- 3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Ventils und

Fig.4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Ventils.

In Fig. 1 ist das schnell öffnende Ventil nach der Erfindung allgemein mit 12 bezeichnet und mit einem Vorratsbehälter 14 über eine Einlaßleitung 16 bzw. über eine Auslaßleitung 18 mit einer Ballwurfvorrichtung 20 verbunden. Der Vorratsbehälter 14 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen aufrechten Speicher 21 für ein Druckmedium, der auf einer Seite mit einer Einlaßleitung 22 mit einem Steuerventil 24 versehen ist. Das Steuerventil 24 kann das Volumen der in einer vorgegebenen Zeitspanne in den Speichertank 21 einströmenden Luft entsprechend der Funktionsweise des Ventils 12 steuern, wie dies nachstehend im einzelnen noch erläutert wird. Die Einlaßleitung 16 hat eine solche Größe, daß zum Ventil 12 ein großes Volumen, z. B. Luft, mit geringem Druck gelangt.

Die Ballwurfvorrichtung 20 umfaßt ein Gehäuse 27 mit einem seitlich angeordneten Wurfarm 28 und eine obere Steuereinrichtung 30, welche beispielsweise durch eine Steuerleitung 32 mit dem Ventil verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 weist einen Stellhebel 33 und eine Anzeige 35 für den Luftdruck auf. Die Ballwurfvorrichtung 20 wird betätigt, sobald das Medium, welches durch die Steuerleitung fließt, einen vorgegebenen Druck erreicht hat. Das Ventil 12 öffnet sich dann, so daß ein hohes Volumen des unter geringem Druck stehenden Mediums durch die Auslaßleitung 18 abströmt und den Wurfarm betätigt, so daß der in einer becherförmigen Erweiterung 39 des um die Achse 115 schwenkbaren Wurfarms angeordnete Ball 38 weggeschleudert wird. Die Steuereinrichtung 30 kann durch den Hebei 33 in Verbindung mit dem Steuerventil 24 so einreguliert werden, daß der Wurfarm 28 alle 20 Sekunden, 30 Sekunden oder während jeder gewünschten Zeitspanne zur Wirkung kommt.

Nach Fig. 2 und 3 weist das Ventil 12 ein Gehäuse 41 mit einer senkrechten Bohrung 43 auf, deren eines Ende durch eine aufgeschraubte Deckplatte 44 verschlossen ist, während das andere Ende mit einem Membrangehäuse 46 verbünden ist. Das Ge-

häuse 41 weist ferner seitlich abstehende Ein- und Auslaßstutzen 47 und 49 auf, die miteinander fluchten und an ihren äußeren Abschnitten zylindrisch ausgebildet sind. Die innenliegenden Abschnitte der Stutzen verjüngen sich jedoch nach unten zu recht-

winkeligen in die Bohrung 43 einmündenden Teilen 51. Der so gebildete Durchlaßkanal erstreckt sich quer

zur vertikalen Bohrung 43. Dabei sind die Stutzen 47 und 49 mit der Einlaßleitung 16 bzw. der Auslaßleitung 18 durch Befestigungsklammern 53 verbunden. Das Ventil 12 enthält ferner eine Kolbenanordnung 55, die an einem Ende durch eine Kolbenstange 56 mit einer in dem Membrangehäuse 46 untergebrachten Membran 58 verbunden ist. Die Kolbenanordnung 55 weist einen in der Bohrung 43 gleitenden a5 Kolben 59 auf, der mit einer Mittel ausnehmung 61 versehen ist, um darin eine Druckfeder 62 aufzunehmen. Das obere Ende der Druckfeder 62 stützt sich an der Deckplatte 44 ab. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 59 unter Wirkung der Druckfeder 62 wird durch einen nach innen ragenden, am Gehäuse 41 angeordneten Flansch 64 begrenzt.

Das obere Ende der Kolbenstange 56 erstreckt sich durch die untere Seite des Kolbens 59 in die Ausnehmung 61 und wird durch Muttern 63 am KoI-ben 59 befestigt. Die Kolbenstange 56 besteht aus zwei Teilen, die miteinander durch eine Hülse 65 verbunden sind, so daß die Länge der Kolbenstange einstellbar ist. Das untere Ende der Kolbenstange 56 ragt durch eine mittige öffnung in der Membran 58 und ist an dieser durch Muttern 67 unter Beifügung von Dichtungsscheiben befestigt. Das Membrangehäuse 46 umfaßt einen oberen, sich nach unten erweiternden Abschnitt 69, dessen äußerer unterer Rand mittels einer Mehrzahl von Schrauben 71 auf einem pfannenähnlichen, unteren Teil 73 befestigt ist. Der Umfang der Membran 58 ist zwischen dem Abschnitt 69 und dem pfannenartigen Teil 73 verklemmt, so daß eine obere und untere Membrankammer gebildet werden. Das untere Ende der Kolbenstange 56 ist mit einer drosselnden Durchlaßöffnung 75 versehen, die sich von einer Stelle oberhalb der Membran 58 bis zu einer Stelle unterhalb der Membran erstreckt, wodurch eine beide Membrankammern verbindende Leitung zum beschränkten Durchlaß des Mediums geschaffen ist.

Der Kolben 59 ist weiter mit einer axial verlaufenden Rille 77 auf seiner Außenfläche versehen, die in Verbindung mit dem rechteckigen Teil 51 der Einlaßleitung 16 steht und dazu dient, einen gedrosselten Fluß von der Einlaßleitung 16 zu den beiden oberhalb bzw. unterhalb des Kolbens 59 liegenden Räumen zu ermöglichen. Der obere Abschnitt des Ventilgehäuses 41 ist mit einer Druckentleerungsöffnung 79 versehen, die über die Steuerleitung 32 mit der Steuereinrichtung 30 der Ballwurfvorrichtung verbunden ist.

Die Bezeichnungen »oben« und »unten« beziehen sich auf Fig. 3. Es versteht sich jedoch, daß das

Ventil 12 in jeder beliebigen anderen Lage anbaubar der 62 in Schließstellung gehaltenen Kolben 59 im

ist. Die beschriebene Lage hat nur den Vorteil, daß Ventilgehäuse 41 blockiert wird. Der Druck des Mc-

das Gewicht des Kolbens 59 mit der Druckfeder 62 diums verteilt sich durch die axial verlaufende Rille

zusammenwirkt, um den Kolben in seiner Schließ- 77 am Kolben 59 auf dessen beide einander gegen-

stellupg zu halten. 5 überlicgende Seiten. Zusätzlich gelangt das Medium

Eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung durch die Öffnung 79 in die Steuerleitung 32 und ist in Fig.4 mit 83 bezeichnet. Diese Ausführungs- durch die Durchlaßöffnung 75 in der Kolbenstange form umfaßt ein Ventilgehäuse 85 mit einer senk- 56 in die beiden durch die Membran 58 gebildeten rechten Bohrung 87, die an einem Ende mit einer Membrankammern. Sobald ein durch die Steuerein-Platte 88 verschlossen ist und deren anderes, offenes io richtung 30 vorgegebener Druck erreicht wird oder Ende mit einem Vorratsbehälter 90 verbunden ist. nach einer vorgegebenen Zeitspanne wird die Steuer-Das Gehäuse 85 weist ferner seitliche, zueinander leitung 32 geöffnet und damit die obere Kolbenfluchtende Ein- und Auslaßstutzen 91 und 92 auf, de- seite druckentspannt.

ren äußere Abschnitte zylindrisch sind und die sich Der auf die untere Kolbenscite weiter wirkende

nach innen zu in die Bohrung einmündenden, recht- 15 Druck schnellt den Kolben gegen die Wirkung der

eckigen Teilen 94 verjüngen. Die Stutzen 91 und 92 Druckfeder 62 somit nach oben. Bei der anfängh-

sind mit der Einlaßleitung 16 bzw. der Auslaßleitung chen Kolbenbewegung, bei der ein Τ?·Ί des r^cht-

18 durch Klammern 53 verbunden. eckigen Teils 51 der Stutzen 41, 49 freigegeben wird,

Das Ventil 83 umfaßt weiter eine Kolbenanord- wird auch das Medium aus der oberen Membran-

nung 97 mit einem in der Bohrung 87 gleitenden 20 kammer abgelassen, während es in der unteren Mem-

Kolben 98. Der Kolben ist mit einer zentralen Aus- brankammer infolge der Drosselung durch die

nehmung 98 versehen, die eine Druckfeder 101 auf- Durchlaßöffnung 75 verbleibt und die Membran von

nimmt, deren unteres Ende die Platte 88 berührt. unten einseitig beaufschlagt. Dadurch wird die KoI-

Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 98 unter Wir- benanordnung 55 nach oben gestoßen, bis sie sich an

kung der Feder 101 wird durch einen nach innen ra- 25 die Deckplatte 44 anlegt. Hierdurch erfolgt eine wei-

genden Flansch 102 am Gehäuse 85 begrenzt. Der tere Beschleunigung der Aufwärtsbewegung des KoI-

Vorratsbehälter 90 umfaßt ein oberes, glockenförmi- bens 59, wodurch unmittelbar die rechteckigen Teile

ges Gehäuse 104, dessen unterer Rand durch Schrau- 51 der Stutzen freigegeben werden und damit ein

ben 106 und einen Dichtungsring 108 an einem unte- spontanes Ausströmen des Lufdruckes aus dem

ren, becherförmigen Abschnitt 110 befestigt ist. Die 30 Speichertank 21 in die Auslaßleitung 18 erfolgt,

innenliegenden Schrauben 112 verbinden den unlc Die andere Ausführungsform der Erfindung ge-

ren Abschnitt 110 mit dem Ventilgehäuse 83. maß F i g. 4 arbeitet in ähnlicher Weise wie das Vcn-

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 weist der til 12. Der wichtigste Unterschied ist jedoch, daß in

Kolben 98 keine axial verlaufende Rille, sondern dem glockenförmigen Gehäuse 104 keine Membran

einen etwas kleineren Durchmesser als die Bohrung 35 vorgesehen ist, die mit der Kolbenanordnung 97 zu-

87 auf, so daß ein Durchsickern des Mediums längs sammenwirkt. Das Ventil 83 wird vielmehr nur

des Kolbens nach beiden Kolbenseiten möglich ist. durch den Druck betätigt, der an beiden Seiten des

Der untere Abschnitt des Ventilgehäuses 85 enthält Kolbens 98 vorliegt. Wegen des großen Volumens im

eine Auslaßöffnung 114, die über die Steuerleitung glockenförmigen Gehäuse 104 liegt eine ausrei-

32 mit der Steuereinrichtung 30 der Ballwurfvorrich- 40 chende Luftmenge in diesem Hohlraum vor, um eine

tung 20 verbunden ist. schnelle Abwärtsbewegung des Kolbens 98 zu bewir-

Beim Gebrauch des schnell öffnenden Ventils 12 ken. Zusätzlich wirkt das Gewicht des Kolbens 98 (vgl. Fi g. 1) wird das Druckmedium freigegeben, so- gegen die Kraft der Druckfeder 101, d.h., es trägt zubald ein vorgegebener Druck, der durch die Steuer- sätzlich dazu bei, daß sich der Kolben 98 schnell einrichtung 30 einstellbar ist, erreicht wird. Die 45 nach unten in seine Durchlaßstellung bewegt. Die Steuereinrichtung 30 kann dazu einen Elektromagne- Passung des Kolbens 98 in der Bohrung 87 erlaubt ten enthalten, welcher nach einer vorgegebenen Zeit- ein beschränktes Durchsickern des Mediums längs spanne öffnet; sie kann aber auch durch ein mittels des Kolbenaußcnumfanges, so daß sich der Druck Druck betätigtes Ventil gebildet sein, welches sich auf beiden Kolbenseitcn vor Betätigung der Steueröffnet, sobald ein vorgegebener Druck in der Steuer- 50 einrichtung 30 ausgleicht. Außerdem dient das Kolleitung 32 erreicht wird. benspiel dazu, das Volumen der nach oben in das

Aus Fi g. 3 ist zu entnehmen, daß der in dem Spei- glockenförmige Gehäuse 104 und durch die Steuer-

chcr 21 herrschende Druck in der Einlaßleitung 16 leitung32 strömenden L~fl zu steuern, was für diezeit-

ebenfalls vorliegt, aber durch den durch die Druckfe- liehe Folgesteuerung des Betricbsablaufs wichtig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schnell öffnendes Ventil zum Freigeben eines Mediumflusses von einer Ein- in eine Auslaßleitung mit einem einen Einlaß- und einen AuslaßstuUen aufweisenden Gehäuse, das eine quer zu den AnschJußstutzen sich erstreckende Bohrung enthält, in der ein in Schließstellung federbelasteter, druckentlastbarer Kolben beweglieh angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (59, 98) mit einer durch eine Steuereinrichtung (30) zu öffnenden oder schließenden Druckentleerungsöffnung (79, J14) zum wahlweisen Ablassen des Drucks von dieser Kolbenseite verbunden ist und der Kolben so gestaltet ist, daß eine geringe Menge des in der Einlaßleitung (16) befindlichen Druckmittels ständig zu beiden Kolbenseiten gelangt, und daß die in die Gehäusebohrung (43, 87) einmündenden Teile (Sl, 94) der Anschlußstutzen (47, 49, 91. 92) einen rechteckförmigen Querschnitt haben.

2. Ventil nach Anspruch 1 mit einem eine Membran enthaltenden, daran angeordneten Membrangehäuse, wobei die Membran mittels einer Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch die Kolbenstange (56) eine die beiden einander ge- 3» genüberliegenden Seiten der Membran (58) untereinander verbindende drosselnde Durchlaßöffnung (75) erstreckt, so daß bei Bewegung des Kolbens (59) von der Schließ- in die Öffnungsstellung eine dem Kolben (59) zugewandte Mem- brankammer rascher als eine diesem abgewandte Membrankammer entleert wird

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (63) aus Teilen aufgebaut ist, die miteinander durch eine Hülse (65) verbunden sind, so daß die Länge der Kolbenstange einstellbar ist.