DE2435256A1

DE2435256A1 - Servogesteuertes ventil

Info

Publication number: DE2435256A1
Application number: DE19742435256
Authority: DE
Inventors: Peter Oliver Honegger
Original assignee: Huba Control AG
Current assignee: Huba Control AG
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1975-08-21
Also published as: DE2435256B2; DE2435256C3; CH588658A5; AT341843B; ATA62075A; FR2261468A1; FR2261468B1

Description

lanifz. riüsiorv-aifi C> GrSmkow 2435256

A 1286 BRD

J. Huber & Cie. AG. Würenlos

(Schweiz)

Servogesteuertes Ventil

Die Erfindung betrifft ein servogesteuertes Ventil, mit einem zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordneten Ventilsitz, der durch ein erstes, bewegliches Schliessteil verschliessbar ist, dessen dem Ventilsitz abgekehrte Seite eine Wand einer Steuerkammer bildet, die einerseits über eine Drosselstelle mit dem Einlass verbunden ist und andererseits über ein Pilotventil mit dem Auslass verbindbar ist, wobei das Schliessteil des Pilotventils an einem Magnetanker gehaltert, mittels einer Feder in Schliessrichtung vorgespannt und mittels eines in einer Magnetkammer bewegbaren Permanentmagneten entgegen der Wirkung der Feder vom Sitz des Pilotventils.abhebbar ist.

Ein solches Ventil ist beispielsweise aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift Nr. 1.934.400 bekannt. Bei der einen Ausführungsform dieses bekannten Ventils ist der den Magnetanker

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und mithin das Pilotventil öffnende bzw. schliessende Permanentmagnet in der Art eines mittels eines Drehknopfes ein- und ausschaltbaren Spannmagneten ausgebildet. Dabei ist ein starker Permanentmagnet in einer Ausnehmung zwischen zwei Weicheisenjochen drehbar gelagert, so dass diese Joche je nach Lage des Permaner. ■:- magneten diesen entweder gewissermassen verlängern (Einschaltstellung) oder aber dessen Feld rückführen (Ausschaltstellung). Die Weicheisenjoche liegen auf einer magnetisierfähigen Zwischenplatte auf, die somit je nach Stellung des Permanentmagneten dessen Feld in die Steuerkammer weiterleitet oder aber ihrerseits einen Rückschlusspfad für die Weicheisenjoche bildet. Auf alle Fälle haften dieser Ausführungsform mehrere Nachteile an. Erstens wirkt der Permanentmagnet nur auf Umwegen, nämlich über die Joche und über die Zwischenplatte, auf den kolbenförmigen Magnetanker. Da sich dabei aus fertigungstechnischen Gründen Luftspalte praktisch nie ganz vermeiden lassen, muss der Permanentmagnet bezüglich Magnetisierung erheblich stärker bemessen sein, als an sich nur zum Anziehen des Magnetankers notwendig wäre. Zweitens ist die Betätigung des Ventils nur an Ort und Stelle, d.h. durch Verdrehen des Drehknopfes, möglich. Eine Fernbetätigung wäre zwar denkbar, jedoch an erheblichen technischen Aufwand gebunden.

Bei einer zweiten Ausführungsform des bekannten Ventils ist ein Permanentmagnetblock an dem einen Ende eines in die Magnetkammer eingreifenden, zweiarmigen Hebels befestigt. Das andere Ende des Hebels ist als herausgeführter Handhebel ausgebildet. Auch hier ist es die weichmagnetische Zwischenplatte, die unmittelbar auf den Magnetanker wirkt und zwar je nach dem, ob der Magnetblock sich in ihrer Nähe oder nicht in ihrer Nähe befindet. Bei dieser Ausführungsform ist der magnetische Wirkungsgrad möglicherweise noch schlechter als bei der ersten Ausführungsform, d.h. es ist womöglich ein noch stärkerer Permanentmagnet erforderlich. Wenn man von einer fremdenergieabhangigen Fernbetätigung absieht, die

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ihrerseits ja mit der Anordnung des bewegbaren Permanentmagneten vermieden werden soll, scheint ,bei dieser zweiten Ausführungsform eine Fernbetätigung über ein Hebelgetriebe oder über einen Kabelzug möglich zu sein. Eine solche Fernbetätigung bedarf jedoch eines periodischen Unterhaltes und ist ohne einen Mindestaufwand kaum zu verwirklichen.

Es ist mithin ein Zweck der Erfindung, ein servogesteuertes Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Vorteile der Betätigung über den Permanentmagneten weit mehr als bisher genutzt werden und bei dem darüberhinaus eine fremdenergiefreie Fernbetätigung durch einfachste Mittel möglich ist, ohne dass zu einen Unterhalt oder einen besonderen technischen Aufwand erfordernden Mitteln gegriffen werden müsste.

Zu diesem Zweck ist das vorgeschlagene Ventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der ring- oder scheibenförmig ausgebildete, in axialer Richtung magnetisierte Permanentmagnet in Wirkverbindung mit einer die Magnetkammer in zwei gegeneinander abgedichtete Abteile unterteilenden, auf ihrer einen Seite pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Membrane und unter der Wirkung einer den Permanentmagneten bei unbeaufschlagter Membrane in die eine Endlage drängenden Rückholfeder steht, während die Magnetkammer von der Steuerkammer durch eine dünne Absehlusswand aus nicht magnetischem Material getrennt ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Permanentmagnet eine gerade Anzahl, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisierte Sektoren aufweist. Dadurch kann die Konzentration der Magnetfeldlinien im Bereich der Mitte des Ankers vermieden werden und der Magnetanker kann entsprechend dünn bemessen werden, so dass er verhältnismässig rasch unter der Wirkung des Permanentmagneten seine Sättigung erreicht.

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Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann der Permanentmagnet auf seiner dem Magnetanker abgekehrten Seite an einer umfangsseitig über den Permanentmagneten mit einem Randflansch abstehenden Rückschlussplatte befestigt sein, deren Randflansch mit einer in der Magnetkammer ausgebildeten Schulter ein die andere Endlage des Permanentmagneten definierendes Anschlagpaar bilden.

Weitere Vorteile des vorgeschlagenen Ventils gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung hervor. Es zeigt:

Fig. 1 Einen Querschnitt durch eine erste, ebenfalls als Membranventil ausgebildete Ausführungsform, die besonders -für kleine Durchflussquerschnitte geeignet ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform für mittlere Durchflussquerschnitte, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform für praktisch beliebig grosse Durchflussquerschnitte.

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-s-

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil 10 besitzt ein aus drei Teilen _: 12,13 und 14 aufgebautes Gehäuse 11. Die drei Gehäuseteile 12 bis

14 sind durch geeignete Mittel, z.B. Spannbolzen fest aufeinander montiert. Der Gehäuseteil 14 weist einen zum Anschluss einer Rohrleitung geeigneten Einlass 15, sowie einen ebenfalls zum Anschluss einer Rohrleitung geeigneten Auslass 16 auf. Zwischen dem Einlass

15 und dem Auslass 16 ist ein ringförmiger Ventilsitz 17 vorhanden, der von einer ringförmigen Einströmkammer 18 umgeben ist, die direkt mit dem Einlass 15 kommuniziert. Andererseits umgibt der Ventilsitz einen abgewinkelten Durchlass 19, der in den Auslass 16 ausmündet.

In einer in der Stossfläche 20 zwischen dem Gehäuseteil 13 und dem Gehäuseteil 14 ausgebildeten Absetzung 21 ist der als Wulst 22 ausgebildete und mithin,als Dichtung wirkende Umfangsrand einer Memrane 23 fest eingespannt. Der mittlere Bereich dieser Membrane 23 ist verdickt und wirkt somit als Schliessteil, der mit dem Ventilsitz 17 zusammenwirkt. Die dem Ventilsitz 17 abgekehrte Seite der Membrane 23 bildet zusammen mit einer im Gehäuseteil 13 vorhandenen Ausdrehung 25 eine Steuerkammer 24. Diese Steuerkammer ist einerseits über eine in der Membrane ausgebildete kleine Drosselöffnung 26 mit dem Einlass 15 des Ventiles verbunden. Im weiteren ist im zentralen Bereich der Membrane 23 eine durchgehende, sogenannte Pilotöffnung 27 vorhanden, deren eines Ende direkt in den Durchlass 19 mündet, während deren anderes Ende in der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Ventils durch ein.Schliessteil 28 verschlossen ist. Das Schliessteil 28 besitzt etwa die .Form eines Nietes, der in einem tellerförmigen Anker aus. weichmagnetischem Material befestigt ist. Der Aussendurchmesser des Ankers 29 entspricht beinahe dem Innendurchmesser der Ausdrehung 25, mithin der Steuerkammer 24. Auf dem Boden einer im Anker 29 ausgebildeten Delle 30 ist das eine Ende einer Druckfeder 31 abgestützt, deren anderes Ende auf der der Mem-

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brane 23 gegenüberliegenden Abschlusswand 32 der Steuerkammer 24 abgestützt ist.

Diese Abschlusswand 32 bildet zugleich den Boden einer weiteren, im Gehäuseteil 13 ausgebildeten Kammer 33. Die Kammer 33, die über eine Entlüftungsöffnung 34 mit der Umgebung verbunden ist, ist durch eine weitere Membrane 35 abgeschlossen, deren wiederum als Wulst 36 ausgebildeter Umfangsrand in einer an der Oberkante des Gehäuseteils 13 ausgebildeten, kreisförmigen Nut 37 angeordnet und durch die darauf passende Stossfläche 38 des Gehäuseteils 12 festgeklemmt ist. In ihrem mittleren Bereich ist die Membrane 35 wiederum verdickt und trägt in ihrer Mitte einen angeformten Knopf 39. Dieser Knopf 39 greift durch die zentrale Bohrung 40 einer napfförmigen Trägerplatte 41, die mithin durch den Knopf 39 formschlüssig mit der Membrane. 35 verbunden ist. In der Oeffnung der Trägerplatte 41 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 42 befestigt, z.B. verklebt, der in Äxialrichtung magnetisiert ist. Wie die Buchstaben N und S zu erkennen geben, ist jedoch diese axiale Magnetisierung des ringförmigen Magneten 42 im Umfangsinne nicht überall gleichgerichtet. Vielmehr weist der ringförmige Magnet 42, magnetisch gesehen, eine gerade Anzahl Ringsektoren auf, wobei die Magnetisierungsrichtung des einen Sektors zwar nach wie vor axial aber entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung des benachbarten Sektors verläuft.

In der Oeffnung des ringförmigen Permanentmagneten 42 ist eine Druckfeder 47 angeordnet, die mit ihrem einen Ende auf der Anschluss-Wand 32 abgestützt ist, Und mit ihrem anderen Ende dei Trägerplatte

41 und damit die Membrane 35 und den Permanentmagneten 42 gegen den Gehäuseteil 11 hin drängt.

Diese Gehäuseteil 11 begrenzt zusammen mit der dem Permanentmagneten

42 abgekehrten Seite der Membrane 35 eine weitere Kammer 33', die

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über einen am Gehäuseteil 11 angeformten Anschlussstutzen 43 mit einer Druckleitung 44 verbunden ist/ die ihrerseits in der Kammer eines pneumatischen Tasters 45 mit Membranblase 46 endet.

Die Wirkungsv/eise des in Fig. 1 in geschlossener Stellung dargestellten Ventiles 10 ist folgende: Wird die Membranblase 46 des Tasters 45 gedrückt, entsteht in der Druckleitung 44 und damit in der Kammer 33' ein Druckstoss/ der auf die gesamte Fläche der Membrane 35 wirkt. Dadurch wird diese und mit ihr die Trägerplatte sowie der Permanentmagnet 42 entgegen der Wirkung der Druckfeder 47 zur Abschlusswand 32 hin gedrängt, die selbstverständlich aus nichtmagnetischem Material ist. Dadurch erhöht sich die im Bereich des Ankers 29 wirksame magnetische Feldstärke beträchtlich, so dass. der Anker 29 unter Ueberwindung der von der Feder 31 ausgehenden Kraft in Richtung auf die Abschlusswand 32 hin angezogen wird. In dieser Stellung bleibt der Anker solange der Permanentmagnet ebenfalls an der Abschlusswand 32 anliegt, d.h. solange das Druckgefälle zwischen der Kammer 33" und der Kammer 33 zusammen mit der gegenseitigen Anziehungskraft Magnet 42 - Anker 29 die Kraft der Feder überwindet. Bei abgehobenem Anker 29 ist auch der Schliessteil 28 der Pilotöffnung 27 abgehoben, d.h. über die Pilotöffnung 27 steht die Steuerkammer 34 mit dem Auslass in direkter Verbindung. Dadurch fällt der Druck in der Steüerkammer 24, der bis anhin wegen der Drosselstelle 26 dem Drück am Einlass 15 entsprach,plötzlich ab, der Druck in der Einströmkammer 18 überwiegt damit den Druck in der Steuerkammer 24 und die Membrane 23 wird vom Ventilsitz 17 abgehoben. Damit ist das Ventil offen und bleibt offen, solange der Druck 'der Feder 31 nicht auf die Membrane 23 wirksam wird, d.h. solange der Anker 29 angezogen bleibt. Es' ist zu beachten, dass bei offenem Ventil das Druckgefälle zwischen dem Einlass 15 bzw. der Einströmkammer 18 und dem Durchlass 19 bzw. dem Auslass 16 sehr gering ist. Dies hat zur Folge, dass selbst bei angehobenem Anker

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29 und angehobener Membrane .23/ d.h. bei wieder verschlossener Pilotöffnung 27 der von der Kammer 24 auf die Rückseite der Membrane 23 ausgeübte Druck nicht ausreicht, diese wieder in Schliessstellung zu bev/egen. Allenfalls können Druckstösse, soweit sie von der Drosselstelle 26 durchgelassen werden, ein kurzzeitiges und geringes Abheben der Membrane vom Schliessteil bewirken, was aber wieder zu einem sofortigen Druckausgleich führt.

Aus dem Gesagten ergibt sich, dass das dargestellte, indirekt gesteuerte Ventil keinerlei Energiequelle für den Steuerkreis bedarf, wenn man vom Druck auf den pneumatischen Taster 45 absieht. Ausser.dem wirkt die vom Permanentraaanet 42 ausqehende magnetische Feldstärke hauptsächlich auf die periphere, kreisringförmige Fläche des Ankers 29 und in diesem verlaufen die magnetischen Feldlinien praktisch als zum Umfang des Ankers 29 konzentrische Kreisbogen. Dadurch ergibt sich nicht nur eine durch magnetische Kräfte verursachte Bewegung sondern auch gewissermassen eine magnetische Führung des Ankers 29.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Bestandteile, die ihr funktionell entsprechendes Gegenstück in der Ausführungsform der Fig. 1 haben, mit demselben Bezugsziffern bezeichnet, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränken kann.

Da, wie bereits erwähnt, die Ausführungsform der Fig. 2 für grössere Durchflussquerschnitte bemessen ist, ist auch der Durchmesser des Ventilsitzes 17 grosser als bei der Ausführungeform der Fig. 1. Dementsprechend ist der mittlere Bereich der Membrane 23 auf eine Versteifungsplatte aufgestülpt/ die den mittleren Bereich der Membrane 23 versteift. Die Versteifungsplatte 48 weist etwa denselben Aussendurchmesser wie der Anker 29 auf, d.h. sie ist mit geringem Spiel

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in der Steuerkammer 24 auf und ab verschiebbar. Die Pilotöffnung 27 in der Membrane 23 ist durch einen Durchlass 49 fortgesetzt, der in einer kleinen Erhebung 50 in der Versteifungsplatte endet. Diese Erhebung 50 bildet auch den Sitz für das Schliessteil 28, das wie bisher wie ein Niet eine zentrale Bohrung im Anker 29 durchgreift- Bei dieser Aus führ ungs form, ist der Anker 29 flach ausgeführt, dagegen besitzt die Abschlusswand 32 eine Delle 51, die einerseits zur Aufnahme der Druckfeder 31 und andererseits zur Führung der Druckfeder 47 dient. An der die zwei Kammern 33 und 33' voneinander trennenden Membrane 35 ist die wiederum napfförmig jedoch mit einem abstehenden Randflansch 52 ausgebildete Trägerplatte 41 mittels eines Stiftes 53 in einer zentralen, nabenartigen Verdickung der Membrane 35 befestigt.

Beim Beaufschlagen der Oberseite der Membrane 35 mit einem I'ruckimpuls spielen sich dieselben Vorgänge ab, wie anhand der Fig. 1 beschrieben, mit dem Untersch-ied, dass der ringförmige Permanentmagnet 42 nicht zur unmittelbaren Auflage auf die Abschlüsswand 32 gelangt. Vielmehr ist es der Randflansch 52 der Trägerplatte 41 der zum Aufliegen auf eine in der Kammer 33 ausgebildeten Schulter 57 gelangt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind wiederum die sich funktionell entsprechenden Bestandteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in den Fig. 1 und 2. Der wesentliche Unterschied besteht bei dieser.Ausführungsform darin, dass die Drosselstelle (Oeffnung 26 in den Fig. 1 und 2) sowie die Pilotöffnung 27/ 49 nicht in der Membrane 23 selbst ausgebildet sind.Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerkammer in zwei Abteile 24' und 24" ausgebildet, wobei das Abteil 24' im Gehäuseteil 14 angeordnet ist und das Abteil 24" im wesentlichen im Gehäuseteil 13. Diese beide Abteile sind miteinander durch einen durch das Gehäuseteil 14 und durch ein Zwischenteil 55 zwischen dem Gehäuseteil 13 und 14 durch-

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gehenden Durchlass 56,57 verbunden. Vom Durchlass 56 zweigt eine sich erweiternde Bohrung 58 ab, die mit einem Stopfen 59 verschlossen ist. Der Stopfen 59 trägt einen Einsatz, der einen von einer Filterhülse 60 umgebenen Kern 61 aufweist. Im Kern 61 ist ein Durchlass 62 vorhanden, von dem die bezüglich ihres Durchlassvermögens mittels einer Stellschraube 63 regulierbare Drosselbohrung 26 ausgeht. Diese Drosselbohrung 26 mündet in das Ende der genannten Bohrung 58, die vom Durchlass 56 ausgeht. Von der Seite der Bohrung 58 dagegen geht ein direkt in den Einlass 15 führender Durchlass 64.

Die Pilotöffnung 27,49 ist, wie in Fig. 3 dargestellt, im Zwischenteil 55 ausgebildet, und führt in einen weiteren Durchlass 65, der oberhalb des Abteils 24' hinweg und direkt in den. Auslass 16 mündet.

Die bei dieser Ausführungsform undurchlässige Membrane 23 ist durch eine schwache Druckfeder 66, die auf einem in der Mitte der Membrane 23 festgeschraubten Teller 67 abgestützt ist, auf den Ventilsitz 17 vorgespannt. Die Druckfeder 66 ist deswegen notwendig, weil die auf den Anker 29 wirkende Druckfeder 31 infolge des Zwischenteils 55 nicht auch auf die Membrane 23 wirken kann.

Der übrige Aufbau der Ausführungsform der Fig. 3 ist weitgehend zu jenem der Ausführungsform 2 identisch^. Namentlich sind sämtliche in den Gehäuseteilen 12 und 13 vorhandenen Bestandteile gleich bemessen und gleicher Art wie die entsprechenden Bestandteile bei der Ausführungsform der Fig. 2, so dass sich deren Beschreibung an diese Stelle erübrigt.

Selbstverständlich kann der Permanentmagnet 42 bei allen Ausführungsformen auch durch ein mechanisch, z.B. von Hand, betätigbares Betätigungsglied zwischen seinen beiden" Endlagen bewegt v/erden. Die Fernbetätigung, insbesondere die pneumatische Fernbetätigung ist je-

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doch deshalb vorzuziehen, weil damit die Betätigungsstelle unabhängig vom Montageort des Ventils selbst ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

U..J Servogesteuertes Ventil, mit einem zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordneten Ventilsitz, der durch ein erstes, bewgliches Schliessteil verschliessbar ist, dessen dem Ventilsitz abgekehrte Seite eine Wand einer Steuerkammer bildet, die einerseits über eine Drosselstelle mit dem Einlass verbunden ist und andererseits über ein Pilotventil mit dem Auslass verbindbar ist, wobei das Schliessteil des Pilotventils an einem Magnetanker gehaltert, mittels einer Feder in Schliessstellung vorgespannt und mittels, eines in einer Magnetkammer bewegbaren Permanentmagneten entgegen der Wirkung der Feder vom Sitz des Pilotventils abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ring- oder scheibenförmig ausgebildete, in axialer Richtung magnetisierte Permanentmagnet (42) in Wirkverbindung mit einer die Magnetkammer (33, 33') in zwei gegeneinander abgedichtete Abteile (33 und 33') unterteilenden, auf ihrer einen Seite pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Membrane (35) und unter der Wirkung einer den Permanentmagneten (42) bei unbeaufschlagter Membrane (35) in die eine Endlage drängenden Rückholfeder (47) steht, während die Magnetkammer (33, 33') von der Steuerkammer • (24, 24'') durch eine dünne Abschlusswand (32) aus nicht magnetischem Material getrennt ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (42) eine gerade Anzahl, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisierte Sektoren (N, S) aufweist.

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3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, mit ringförmigem Permanentmagnet , dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet

(42) auf seiner dem Magnetanker (29) abgekehrten Seite an einer umfangsseitig über den Permanentmagneten (42) mit einem Randflansch (52) abstehenden Rückschlussplatte (41) befestigt ist, deren Randflansch (52) mit einer in der Magnetkammer (33, 33') ausgebildeten Schulter (54) ein die andere Endlage des Permanentmagnetes (42) definierendes Anschlagpaar bildet.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (42) mit der Rückschlussplatte (41) mittig and der Membrane (35) befestigt ist.

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