DE2627051C3

DE2627051C3 - Ventil

Info

Publication number: DE2627051C3
Application number: DE2627051A
Authority: DE
Inventors: Haruo Honda; Hiroshi Itoh
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1981-02-12
Also published as: DE2627051B2; US4109894A; JPS51150074A; JPS5636773B2; DE2627051A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, in dessen Gehäuse ein durch das abzusperrende Druckmittel und durch eine Feder in Schließstellung gehaltenes Hauptventilverschlußstück mit einem darin angeordneten Hilfsventilverschlußstück vorgesehen ist, aas mechanisch zu öffnen ist und durch das Öffnen eine Strömungsverbindung zwischen der Ventileinlaßkaiumer und einem Raum freigibt, der in der Schließstellung des Hauptventilverschlußstücks, durch eine am betätigungsseitigen Ende des Hauptventilverschlußstücks angeordnete Fläche begrenzt wird, deren Druckmittelbeaufschlagung eine Öffnung des Hauptventilverschlußstücks bewirkt.

Es ist bereits ein Steuerventil für Druckgasschalter bekannt (DE-GM 17 65 238), das aus einem Gehäuse besteht, das eine Druckluftkammer aufweist, die von dem Druckluftauslaß zur Arbeitskammer durch ein Hauptventilverschlußstück getrennt ist, das aus einem Ventilteller und einem gehäuseseitigen Ventilsatz besteht, wobei der Ventilteller des Hauptventilverschlußstücks in die Schließrichtung durch eine Feder vorgespannt ist. Der Ventilteller hat einen hohlen Schaft, der an dem dem Teller gegenüberliegenden Ende mit einem Kolben verbunden ist, der eine in dem Gehäuse befindliche Treibkammer auf der einen Seite begrenzt. Der durch den hohlen Schaft gebildete Durchgang wird am Ventilteller durch ein Hilfsventilversch'ußstück verschlossen, das in Schließrichtung durch eine Feder vorgespannt ist. Die Stange des Hilfsventilverschlußstücks, die im hohlen Schaft des Hauptventilverschlußstücks verläuft, läßt Kanäle für das Durchströmen von Druckluft in die Treibkammer frei. Wenn durch mechanische Einwirkung von außen die Stange des Hilfsventilverschlußstücks entgegen der Federvorspannung bewegt wird, hebt das Hilfsventilverschlußstück von seiner Sitzfläche am Ventilteller ab, so daß Druckluft durch den Kanal in dem Schaft des Hauptventilverschlußstücks in die Treibkammer strömen und den Kolben so verschieben kann, daß der daran sitzende Schaft des Ventiltellers den Ventilteller von seiner Sitzfläche abhebt, so daß Druckluft zwischen dem Ventilteller und seiner Sitzfläche hindurch zur Arbeitskammer strömen kann.

Dabei muß während der gesamten Öffnungszeit des Hauptventilverschlußstücks das Hilfsventilverschhjßstück geöffnet gehalten werden. Dies hat bei einem Schutzsystem, wie einem Stromkreisunterbrecher, den Nachteil, daß, wenn aus irgendwelchen Gründen das Betätigungssignal, also das öffnen des Hilfsventilverschlußstücks, unterbrochen wird, das Hauptventilverschlußstück ebenfalls schließt, also nicht über den erforderlichen Zeitraum offen bleibt Dadurch kann eine vollständige Betätigung des Stromkreisunterbrechers nicht erreicht werden, so daß in dem dem Unterbrecher zugeordneten elektrischen System Schäden auftreten können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Ventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein schnelles Öffnen des Hauptventilverschlußstücks eingeleitet über das Hilfsventilver-

2G schlußstück gewährleistet ist, wobei ein zu frühes Schließen des Hauptventilverschlußstücks und somit ein unvollständiges Betätigen eines zugeordneten Schaltorgans verhindert wird.
Diese Aufgabe wird bei dem Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das die Fläche tragende Ende des Hauptventilverschlußstückes in dessen Schließstellung an der Innenwand der Ventileinlaßkammer abdichtend anliegt und sich von dieser gleichzeitig mit Beginn der Öffnungsbewegung des

Hauptventilverschlußstücks abhebt

Das erfindungsgemäße Ventil ist so gebaut, daß beim öffnen des Hilfsventilverschlußstücks aufgrund eines mechanischen Signals Druckfluid direkt in die das Hauptventilverschlußstück betätigende Kammer durch einen Spalt zwischen dem Ventilsitz und einer Dichtung an der Innenwand des Gehäuses fließen kann, sobald sich das Hauptventilverschlußstück in seine Offenstellung infolge Betätigung des HUfsvenviverschlußstücks zu bewegen beginnt Dadurch ist es möglich, das Hauptventilverschlußstück viel schneller in die Offenstellung zu bewegen als es der Fall wäre, wenn das Hauptventilverschlußstück nur durch Druckfluid bewegt wird, das durch den Kanal strömt, der durch Betätigung des Hilfsventilverschlußstücks geöffnet wird. Wenn das Ventil ein weiteres großvolumiges Ventil mit hoher Geschwindigkeit betätigen soll, damit das weitere Ventil einen Schaltunterbrecher für ein Schließen und öffnen betätigt, darf die Betätigungszeit des Ventils nicht länger sein als 1 oder 2 Millisekunden.

Erfindungsgemäß wird nun dafür gesorgt, daß der Strömungsquerschnitt für das Fluid sofort nach Beginn der Betätigung des Hauptventilverschlußstücks sehr schnell vergrößert wird, wodurch die Betätigungszeit des Hauptventilverschlußstücks stark reduziert wird.

Außerdem wird, wenn der Öffnungsvorgang eingeleitet ist, das Hauptventilverschlußstück auch dann weiterhin in der Offenstellung gehalten, wenn das mechanisch auslösende Element so gestört würde, daß die für das Einleiten des öffnens des Hauptventilverschlußstücks vorgesehene Stellung des Hilfsventilverschlußstücks nicht mehr gegeben ist. Das bedeutet, daß das Hauptventilverschlußstück zwangsweise wirksam bleibt, unabhängig davon, ob nach dem Einleiten der Öffnungsbewegung das auslösende mechanische Signal aufrecht erhalten wird. Das bedeutet wiederum, daß der von dem Ventil gesteuerte Schalter auch dann zwangsweise vollständig betätigt wird, wenn das Betätigungssignal nur für einen kurzen Zeitraum zum

Einleiten der Bewegung des Hsuptventilverschlußstflcks aufrecht erhalten wird.

Erfindungsgemäß wird somit neben einer gegenüber der bekannten Einrichtung verringerten Betätigungszeit auch für ein sicheres zwangsweises öffnen des Hauptventilverschlußstücks und der davon gesteuerten Einrichtungen gesorgt, wenn die Öffnungsbewegung eingeleitet ist

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Ventil im Axialschnitt mit Haupt- und Hilfsventilverschlußstück in der Schließstellung und

F i g. 2 das Ventil in einer Ansicht wie F i g. 1 mit dem Hilfsventilverschlußstück in der Offenstellung und dem HauptventilverschluBstflck in der Schließstellung.

Das Ventil 2 wird von einer Stange 42 über einen nicht gezeigten Stellmechanismus betätigt Das Ventil weist ein Gehäuse 52 mit einer Ventileinlaßkammer 50 auf. Die Ventileinlaßkammer 50 steht über einen Durchlaß 54 dauernd mit einer nicht gezeigten Druckluftquelle in Verbindung. Die Ventiieinlaiikammer 50 wird mit der Arbeitskammer 8 eines nicht gezeigten Betätigungsventils verbunden, wenn das Ventil 2 sich in der Offenstellung befindet In der Ventileinlaßkammer 50 ist ein Hauptventilverschlußstück 55 angeordnet, in welchem koaxial dazu ein Hilfsventilverschlußstück 56 angeordnet ist das eine zylindrische Form hat und aus Polytetrafluoräthylen hergestellt werden kann.

Das Hauptventilverschlußstück 55 hat einen oberen Ventilteller 58, einen unteren Ventilteller 60, ein Hilfsventilgehäuse 62, welches sich in der Nähe des oberen Ventiltellers 58 befindet und eine Hilfsventilkammer 61 aufweist sowie eine Verbindungsstange 64, die das Hilfsventilgehäuse 62 mit dem unteren Ventilteller 60 verbindet Am mittleren Teil des Hilfsventilgehäuses 62 ist ein Flansch 66 angeformt Zwischen dem Flansch 66 und einer Stützplatte 68, die sich von der Seitenwand des Gehäuses 52 nach innen erstreckt ist eine Schraubenfeder 70 eingesetzt, die das Hilfsventilverschlußstück 55 in der Zeichnung nach oben vorspannt Im mittleren Teil der Stützplct»»* 68 ist eine zylindrische Führung 72 für das Haup. ventil verschlußstück 55 vorgesehen. Innerhalb der Hilfsventilkammer 61 befindet sich im Hilfsventilgehäuse 62 eine Schraubenfeder 73, die das Hilfsventilverschlußstück 56 in der Zeichnung nach oben vorspannt Im oberen und unteren Teil des Hilfsventilgehäuses 62 sind kleine Öffnungen 74 und 76 vorgesehen, die die Hilfsventilkammer 61 mit der Ventileiwlaßkammer 50 verbinden.

Der obere Ventilteller 58 des Hauptventilverschlußstücks 55 ist so ausgebildet, daß zwischen ihm und der Innenfläche der oberen Wand des Gehäuses 52 eine Hauptventilbetätigungskammer 78 ausgebildet wird, wenn der Ventilteller 58 beim Schließen des Hauptventilverschlußstücks 55 an der Innenfläche der oberen Wand des Gehäuses 52 anliegt. Der obere Ventilteller 58 hat in seinem mittleren Abschnitt einen Durchlaß 80 zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Hilfsventilkammer 61 und der HauptventilbetätigungS' kammer 78. Wenn sich das Hilfsventilverschlußstück 56 in der in F i g. 1 gezeigten Schließstellung befindet, ist die Verbindung zwischen der Hauptventilbetätigungskammer 78 und der Hilfsventilkammer 61 unterbrochen. Befindet sich das Hilisventilverschlußstück 56 in der in Fig.2 gezeigten Offenstellung, ist die Verbindung zwischen der Hauptventiibetätigungskammer 78 und der Hilfsventilkammer 61 über den Durchlaß 80 hergestellt, so daß eine Verbindung zwischen der Hauptventilbetätigungskammer 78 über die oberep kleinen öffnungen 74 mit der Ventileinlaßkammer 50 besteht

Das Gehäuse 52 hat in seiner oberen Wand eine öffnung 82, die mit dem Durchlaß 80 fluchtet und eine gleitend verschiebbar eingepaßte Stößelstange 84 aufnimmt Die Stößelstange 84 stößt mit ihrem unteren Ende an die obere Fläche des Hilfsventilverschlußstücks 56 an, wenn sich sowohl das HauptventUverschlußstQck

ίο 55 als auch das Hilfsventilverschlußstück 56 in der in F i g. 1 gezeigten Schließstellung befinden. Wenn die Stange 42 die Stößelstange 84 nach unten bewegt wird das Hilfsventilverschlußstück 56 entgegen der Vorspannung der Feder 73 ebenfalls nach unten bewegt wodurch das Hilfsventilverschlußstück 56 in seine in F i g. 2 gezeigte Offenstellung gelangt Die Stößelstange 84 hat an ihrem oberen Ende und in ihrem mittleren Teil jeweils einen Abschnitt 86 bzw. 88 mit vergrößertem Durchmesser, die an der Innenfläche der Öffnung 82 gleiten. Der Abschnitt 88 hat zwei sich am Umfang diametral gegenüberliegende Schlitze 90. In dem vertikal vorstehenden Teil der oberen Wand des Gehäuses 52 sind öffnungen 92 vorgesehen. Wenn sich die Stößelstange 84 in ihrer inaktiven Stellung befindet wird die Hauptventilbetätigungskammer 78 über die Öffnungen 92 in Verbindung mit der Atmosphäre gehalten. Wenn sich die Stößelstange 84 nach unten bewegt kommt ihr Abschnitt 88 zum Anliegen an dem Vorsprung 94, der sich an der Innenfläche der öffnung 82 in der Nähe der Hauptventilbetätigungskammer 78 befindet Der Abschnitt 88 der Stößelstange ist somit ein Anschlag, der die Abwärtsbewegung der Stößelstange 84 begrenzt Gleichzeitig unterbricht er die Verbindung zwischen der Hauptventilbetätigungskammer 78 und der Atmosphäre. In der oberen und unteren Wand des

Gehäuses 52 sind Dichtungen 96 bzw. 98 für das

abdichtende Anliegen des oberen Ventiltellcrs 58 bzw. des unteren Ventiltellers 60 vorgesehen.

Das Hauptventilverschlußstück 55 besteht aus zwei

Stücken und ist am Hilfsventilgehäuse 62 geteilt was die Herstellung und Montage des Ventils erleichtert

Das Ventil arbeitet folgendermaßen: Für eine Abwärtsbewegung der Stößelstange 84 über die Stange 42 muß die darauf ausgeübte Kraft größer als die

Summe der Druckkraft

des auf die Unterseite des Hilfsventilverschlußstücks 56

so wirkenden Fluids und der Kraft F₁ der Feder 73 sein, wobei i/der Durchmesser des Durchlasses 80 und Pa der Druck rfSf. Fluids in der Ventileinlaßkammer 50 sind. Die Kraft F₁ kann relativ klein sein, da Fi selbst klein ist, weil dsr Durchmesser d das Durchlasses 80 gering ist. Der

Wert von F₁ liegt gewöhnlich bei etwa 5 N.

Die Abwärtsbewegung der Stößelstange 84 bringt das Hilfsventilverschlußstück 56 in die Offenstellung, so d&ß die Druckluft ii< der Ventileinlaßkammer 50 durch die kleinen Öffnungen 74 und den Durchlaß 80 in die Hauptventilbetätigungskammer 80 strömen kann. Gleichzeitig wird bei der abgesenkten Stellung der Stößelstange 84 die Verbindung zwischen der Hauptventilbetätigungskammer 78 und der Atmosphäre unterbrochen, wie dies in Fig.2 gezeigt ist. Das

Hauptventilverschlußstück 55 wird nun mit hoher Geschwindigkeit entgegen der Kraft der Schraubenfeder 70 infolge der Druckdifferenz zwischen dem Druck der Druckluft in der HauptventilbetätigunRskammer 78

bzw. in der Ventileinlaßkammer 50 und dem Druck in der Arbeitskammer 8 des Betätigungsventils, der normalerweise gleich dem Atmosphärendruck ist, nach unten bewegt. Die durch die Druckdifferenz hervorgerufene, auf das Hauptventilverschlußstück 55 in Öffnungsrichtung wirkende Kraft ist

D\ {Pci

wobei Eh der Sitzdurchmesser des unteren Ventiltellers 60 und Pa der Druck des Fluids in der Ventileinlaßkammer 50 sind. Beim Abheben des Hauptventilverschlußstücks 55 von der Dichtung 98 hebt gleichzeitig der obere Ventilteller 58 von der Dichtung 96 ab, so daß eine große Druckluftmenge in die Hauptventilbetätigungskammer 78 schnell einströmen kann. Dadurch kann das Hauptventilverschlußstück 55 schnell in die voll geöffnete .Stellung gehrarht wprrjpn ijnH rijp in Apr Ventileinlaßkammer 50 befindliche Druckluft kann schnell in die Antriebskammer 8 des Betätigungsventils für dessen umgehende Betätigung strömen.

Wenn eine große Druckluftmenge in die Arbeitskammer 8 des Betätigungsventils geflossen ist, wird der Druck in der Antriebskammer 8 schließlich gleich dem Druck in der Ventileinlaßkammer 50, so daß der das Hauptventilverschlußstück 55 nach unten in der Öffnungsstellung haltende Druck ausgeglichen wird. Das Hauptventilverschlußstück 55 wird in diesem Fall durch die Vorspannkraft der Feder 70 wieder in die Schließstellung zunickgeführt. Gleichzeitig damit wird über einen nicht gezeigten Rückstellmechanismus die Stange 42 wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt, so daß das Ventil wieder die Inaktivstellung einnimmt.

Die über die Stange 42 eingeleitete Stellkraft wirkt nur auf das Hilfsventilverschlußstück 56, nicht jedoch auf das Hauptventilverschlußstück 55. Dadurch ist es möglich, für die von der Druckluft auf das Hauptventilverschlußstück 55 in seiner Schließstellung ausgeübte Druckkraft

F₇ =

einen hohen Wert zu wählen, wobei D\ der Sitzdurchmesser des oberen Ventiltellers 58 und Di der

Sitzdurchmesser des unteren Ventiltellers 60 sind. Man

erhält einen ausreichend hohen Flächendruck auf die

Dichtungen % und 98, wobei der obere und untere Ventilteller 58 bzw. 60 jeweils eine Sitzfläche aufweisen,

bei der eine Beschädigung der Dichtungen nicht eintritt, was die Langlebigkeit des Ventils gewährleistet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Ventil, in dessen Gehäuse ein durch das abzusperrende Druckmittel und durch eine Feder in Schließstellung gehaltenes Hauptventilverschlußstück mit einem darin angeordneten Hilfsventilverschlußstück vorgesehen ist, das mechanisch zu öffnen ist und durch das Öffnen eine Strömungsverbindung zwischen der Ventileinlaßkammer und einem Raum freigibt, der in der Schließstellung des Hauptventilverschlußstücks, durch eine am betätigungsseitigen Ende des Hauptventilverschlußstücks angeordnete Fläche begrenzt wird, dessen Druckmittelbeaufschlagung eine Öffnung des Hauptventilverschlußstücks bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das die Fläche tragende Ende des Hauptventilverschlußstücks (55) in dessen Schließstellung an de» Innenwand der Ventileinlaßkammer (50) abdichtend anliegt und sich von dieser gleichzeitig mit Beginn der Öffnungsbewegung des Hauptventilverschlußstücks abhebt