DE3014692C2 - Magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil - Google Patents

Description

der innere und der äußere, jeweils axial unverschieblich gelagerte Dauermagnetkupplungsteil (21) besteht aus Dauermagneten (22, 22Λ, 23, 23/»} aus Seltene Erden- und Cobalt-Magnetwerkstoff. mit jeweils gleicher gerader PoI-zah! in Umfangsrichtung,
die gegen Drehung gesicherte, axial geführte Ventilspindel (51) greift mit ihrem Gewindabschnitt (53) in eine zentrale Innengewinde-Bohrung (36) des inneren Dauermagnctkupplungsteils (30) ein,

das Ventil ist mit einer Notbetätigungsvorrichtung ausgerüstet in Form von am dem Ventilsitz (2) entgegengesetzten Ende des Schutzgehäuses (15) vorgesehenen, relativ zueinander beweglichen, gleichachsigen Innen- und Außenstopfen 174, 71), vfcn dentil der Außenstopfen (71) mit dem Schutzgehäuse (15) verschraubt ist, zwischen Innen- und Außent apfen (74,71) eine Druckdichtung vorgesehen ist und der Innenstopfen (74) Hilfsmittel zum Eingriff und axialen Verstellen der Ventilspindel (51 ;55) trägt.

Die Erfindung betrifft ein magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil, dessen das Ventilstück axial verstellende, mit einem Gewindeabschnitt versehene Ventilspindel mit einem innerhalb eines Schutzgehäuses bzw. Spaltrohrs angeordneten inneren Dauermagnetkupplungsteil verbunden ist. das mittels eines außerhalb des Schutzgehäuses von Hand verdrehbaren äußeren Dauermagnetkupplungsteils verdrehbar ist.

Stopfbüchslose Dauermagnetantriebe, bei denen das innere und äußere Dauermagnetkupplungsteil durch ein Schutzgehäuse oder Spaltrohr voneinander getrennt sind, werden an Autoklaven eingesetzt (US-PS 41 06 825). Zur Übertragung möglichst großer Kräfte sind die Dauermagnete als Seltene Erden-Kobalt-Magnete ausgebildet. Stopfbüchslose Ventile mit einer Dauermagnetkupplung, die jedoch nicht speziell für Hochdruckanwendungen ausgelegt sind, sind aus der US-PS 22 89 574 und der DE-OS 12 63 430 bekannt.

Ein Vorteil magnetisch betätigter Ventile besteht im Wegfall der Stopfbüchse. In der Vergangenheil waren magnetisch betätigte Ventile, wenn sie überhaupt verwendet wurden, auf Anwendungsfälle mil vci hiilinismii-Liig niedrigen Drücken beschränkt. Der llauplgriiiKl bestand darin, daß ausreichend starke Dauermagnete, die in der Luge gewesen waren, magnetische Ventile durch die für hohe Drücke erforderlichen dicken Spallwändc hindurch/.ubetätigen. nicht zur Verfugung standen. In neuerer Zeit erhältliche Dauermagnete, insbesondere. Seltene Erden-Kobalt-Magnete, eröffnen jedoch die Möglichkeit, auch durch dickere Spaltwände eine Verstellung vorzunehmen (US-PS41 06 825).
Bei dem eingangs erwähnten bekannten Ventil (DI--AS 12 63 430) besteht die Dauermagnetkupplung bzw. -antrieb aus einem inneren und einem äußeren T>aucrmagnetkupplungsteil, das jeweils drei auf der Innenbzw, der Außenwand des Schutzgehäuses bzw. Spaltrohres abrollenden Dauermagneten hat. Die in Wechselwirkung tretenden inneren und äußeren Magneten haben daher im Querschnitt Kreisform. Sie kommen einander daher lediglich im Bereich der Linienberührung mit dem Spaltrohr nahe, während sie zu beiden

!5 Seiten dieses Berühningsbereichs schnell größeren Abstand haben, so daß die übertragbare Magnetkraft, auch bei Verwendung sehr starker Magnete, vergleichsweise gering ist. Der durch die Abrollbewegung erzielbare Vorteil der Minimierung der Schwächung des Magnetflusses geht so zum Teil verloren. Darüber hinaus läßt sich nur eine bestimmte Anzahl von Magneten in Umfangsrichiung nebeneinander vorsehen. All dies führt dazu, daß die übertragbare Magnetkraft begrenzt ist. Deshalb eignet sich diese Konstruktion der Dauermagnetkupplung nicht fC; Hochdruckventile. Ist das innere Dauermagnetkupplungsteil mit der Ventilspindel in Axialrichtung fest verbunden, verändert es seine axiale Lage gegenüber dem äußeren Dauermagnetkuppiungsteil während des öfrnens und Schließens, mit der Folge, daß die Kupplungskraft mit zunehmender öffnung des Ventils kleiner wird. Nur wenn beide Kupplungsteile sich axial gegeneinander nicht verstellen, bleibt die Kupplungskraft gleich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil zu schaffen, das selbst bei Drücken über etwa i400 N/cm², insbesondere bei Drucken über etwa 7000 N/cm² druckdicht ist und sich gegen einen gleichhohen Dichtungsdruck öffnen läßt. Darüber hinaus soll das Ventil auch bei Ausfall der Dauermagnetkupplung oder wenn zusätzliche Kräfte erforderlich sind, von Hand betätigbar sein.

Ein diese Aufgabe lösendes Hochdruckventil ist im Patentanspruch gekennzeichnet.

Die das treibende äußere Dauermagnetkupplungsteil und das getriebene innere Dauermagnetkupplungsteil der Magnetkupplung bildenden Magnete weisen die gleiche gerade Anzahl magnetischer Pole in gleichem Winkelabstand auf. Die Magnete sind bevorzugt Samarium-Kobalt-Magnete. Durch die getroffene Wahl der Magnete und deren Anordnung lassen sich die für Hochdruckventile erforderlichen Stellkräfte übertragen. Die axiale und radiale Zuordnung der Dauermagnetkupplungsteile bleibt während der Verstellung unverändert, weil die Ventilspindel gegen Drehung gesichert und nur axial geführt ist. Eine derartige Führung der Ventilspindel ist an sich bekannt (DE-PS 8 58 183, DE-OS 20 38 865). Durch die mit dem dem Ventilsitz entgegengesetzten Ende der Ventilspindel zusammenwirkende spezielle Notbetätigungsvorrichtung in Form einer überholbaren Kupplung kann die Ventilspindel auch bei Versagen der Magnetkupplung oder bei unzureichender Kraftübertragung betätigt werden. Die iioriiuile iniiKiiuiischv HcliUinuii); des Ventils winl hii-r-

hl durch nicht behindert. Die Nolbeiatigungsvorrichtung läßt sich so auslegen, daß die Ventilspindel nur in einer Richtung durch sie verstellbar ist. Sie wäre dann normalerweise so ausgelegt, daß sie clic Ventilspindel aus ihrer

^ormalstellung herausbewegt

Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert, die einen Vertikalschnitt durch das Ventil, die Dauermagnetkupplung und die Notbetätigungsvorrichtung zeigt

Das dargestellte Hochdruckventilgehäuse 1 hat eine durchgehende axiale Bohrung und eine Einlaß-Qucrbohrung. Der gemäß der Figur untere Teil der Axialbohrung bildet eine Auslaßbohrung 3, während im entgegengesetzten Teil eine Aufnahmebohrung 4 für die Dauermagnetkupplung zur Betätigung einer Ventilspindel 51 eingeschraubt ist In die Auslaßbohrung 3 ist ein ringförmiger Ventilsitz 2 eingeführt und mit einer mit Außengewinde 7 und Innengewinde 8 versehenen Anschlußmuffe 6 gegen eine Schulter 13 der Axialbohrung festgelegt Die Einlaßbohrung 5 trägt ebenfalls ein Innengewinde 9 zur Aufnahme einer Einlaß-Anschlußmuffe. Die Auslaß- und Einlaßbohrungen 3 und 5 können im Ventilgehäuse 1 in nahezu jeder beliebigen Winkelstellung zueinander vorgesehen sein. Die dargestellte Ausführungsform eignet sich besonders für auswechselbare Ventilsitze 2.

In die Aufnahmebohrung 4 des Ventilgehäuses 1 ist ein Spaltrohr bzw. ein Schutzgehäuse 15 mit einem AnschluSabschnitt 16 mit Außengewinde eingeschraubt. Der obere Abschnitt 17 weist einen größeren Durchmesser auf und bildet ein Dauermagnetkupplungsgehäuse. Das Schutzgehäuse muß aus nichtmagnetischem Stahl od. dgl, z. B. aus austenitischem rostfreiem Stahl, bestehen. In das obere Endstück des zylindrischen Gehäuseabschnitts 17 ist ein weiter unten näher beschriebener Abschlußstopfen 20 eingeschraubt

Der Gehäuseabschnitt 17 ist von einem äußeren Dauermagnetkupplungsteil 21 zur Aufnahme von Dauermagneten 22, 23 aus Seltene Erde-Kobalt-Magnete, nachfolgend als SE-Co-Magnete bezeichnet, umgeben. Die Magnete bilden eine gerade Anzahl von magnetischen Nord- und Südpolen. Sie haben bogenförmige Gestalt und eine gerade Anzahl von mit gleichem Winkelabstand angeordneten Nord- und Südpolen. Mit der Innenfläche des äußeren Dauermagnetkupplungsteils 21 sind kreisringförmige Lager verkeilt, wobei ein unteres Lager 25 durch einen einschnappbaren Haltering 26 gehalten wird.. Die Lager sind aus Kunststoff, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, gefertigt.

Im Innern des Schutzgehäuses 15 ist ein die Abtriebsseite der Dauermagnetkupplung bildendes inneres Dauermagnetkupplungsteil 31 gelagert, das SE-Co-Magnete 22.4 und Z3A kreisförmig aufnimmt. Die Magnete sind ebenso wie die Magnete 22 und 23 gepolt. Die inneren Dauermagnete 22/4 und 23-4 sind auf einem Kernstab 31 angeordnet und zwischen Endringen 32 und 33 gehalten. Die SE-Co-Magnete 22/4 und 23/4 sind von einem dünnen, nichtmagnetischen Spaltrohr 34 umschlossen. Die Endringe 32 und 33 sind auf ihrer Außenseite abgesetzt und stützen sich mit den so gebildeten Schultern an Kunststoff-Axiailagern 40 und 41 ab. Auf diese Weise ist der innere Dauermagnetkupplungsteil 30 frei drehbar, aber axial unbeweglich. In einer Mittel· bohrung des Anschlußabschnitts 16 des Schutzgehäuses 15 ist eine durch einen Federring an einen Stützschalter gehaltene Kunststoff-Büchse 52 befestigt, in der eine Ventilspindel 51 verschieblich gelagert ist. Die Ventilspindel 51 hat einen oberen Gewindeabschnitt 33 und ist in eine entsprechende ".pntrale Innengewinde-Bohrung 36 des inneren Daucrmagnetkupplungstcils 30 eingeschraubt. Das untere Ende der Ventilspindel 51 reicht verschieblich in ein Vcr 'hlußstück 60 ein. das eine konische Außenfläche 61 hat und zur Anlage an den Ventilsitz 2 gebracht werden kann. Die Ventilspindel 51 ist im Verschlußstück 60 in dessen Mittelbohrung 63 verschieblich gelagert die mit der Einlaßbohrung 5 durch eine radiale Einlaßöffnung 64 und mit der Auslaßbohrung 3 über eine kleine Bohrung 65 verbunden wird, wenn diese vom gewindeloscn Endabschnitt der Ventilspindel 51 freigegeben wird. Nahe ihrem gewindelosen Endabschnitt ist die Ventilspindel 51 von einem Langloch 54 durchsetzt, durch das ein im Verschlußstück 60 gehaltener Zapfen 67 hindurchreicht Nachdem die Ventilspindel 51 um eine bestimmte Strecke gegenüber dem Verschlußstück 60 bewegt wurde, hebt sie ihn folglich vom Ventilsitz 2 ab. Die Ventilspindel 51 verbringt das Verschlußstück 60 dadurch zum Ventilsitz 2, daß sie sich in bezug auf ihn zuerst so weit bewagt, daß die kleine Bohrung 65 verschlossen ist. Der untere Endabschnitt der Ventilspindel 61 ist für den Eingriff mit der kleinen Bohrung 65 konisch ausgebildet. In <:ie Nut in der Außenfläche des Verschlußstücks 60 ist ein⁰ Feder 6S eingelegt um Drehbewegungen in bezug auf das Ventilgehäuse 1 zu verhindern. Durch die Fixierung des Verschlußstücks 60 wird auch die Ventilspindel 51 daran gehindc'-t, sich infolge der Wechselwirkung zwischen dem Langloch 54 und dem Zapfen 67 gegenüber dem Ventilgehäuse 1 zudrehen.

Bei normalem Betrieb erfolgt das öffnen und Schließen des Hochdruckventils durch Drehen des äußeren Dauermagnetkupplungsteils, der seinerseits das innere Dauermagnetkupplungsteil 30 mitnimmt. Dessen Drehbewegung wird durch die Schraubverbindung zwischen ihm und der Ventilspindel 51 in deren axiale Verstellung umgesetzt. Im geschlossenen Zustand des Ventils trägt der Druckunterschied am Ventilsitz 2 dazu bei, das Verschlußstück 60 am Ventilsitz 2 zu halten. Bei Hochdruckanlagen kann dieser Druckunterschied, wenn in axiale Öffnungskraft umgewandelt, sehr beträchtlich sein. Die Öffnungskraft kann zu groß sein, als daß sie von der Magnetkupplung überwunden werden könnte, da auch SE-Co-Magnete nur ein begrenztes Drehmoment magnetisch übertragen können. Die anfängliche Aufwärtsbewegung der Ventilspindel 51 muß jedoch nicht die Öffnungskraft für das gesamte Ventil, sondern nur für das ein Vorsteuerventil bildende Langloch 65 überwinden. Nachdem dieses freigelegt worden ist, nimmt der Druckunterschied am Ventilsitz 2 ab. Dies ermöglicht es, das Verschlußstück 60 mit geringer axialer Kraft und einem entsprechend kleineren magnetisch übertragbaren Drehmoment vom Ventilsitz 2 abzuhebcn.

Der erwähnte Abschiußstopfen 20 ist von wenigstens ; wei B-iuteilcn gebildet, nämlich einem kreisringförmigen Außenstopfen 71 mit Außengewinde 72, mit welchem er in das obere Ende des Schutzgehäuse 15 eingeschraubt ist, und Innenbohrung 73, in die ein gleichachsiger Innenstopfen 74 eingeschraubt ist, auf dessen freiliegendes oberes Ende ein Schraubenschlüssel aufsetzbar ist, um den Innenstopfen 74 von Hand zu drehen. Dieser ragt mit einem Abschnitt größeren Durchmessers in einen Abschnitt größeren Innendurchmessers der Mittelbohrung 73 hinein. Der Innensiopfen 74 ist nach oben in den Außenstopfen 71 eingeschraubt. Die innengelegene Stirnseite des Innenstopfens 74 hat eine Gewindebohrung 75. Wenn zum Umschalten des Ventils aus einer Normalstellung heraus eine magnetische Verstellung nicht erfolgen kann, wird das nach oben freiliegende obere Ende des Innenstopfens 74 mil einem Schraubenschlüssel gedreht und dad'irch der Ifcncnstopfen 74 in

bezug auf den Außenstopfen 71 nach linien gedreht. Die Abmessungen der Gewinde zwischen dem Außcnstopfen 71 und dem Innenstopfen 74 sind so, daß sich Gewindegänge des Innengewindes 75 auf ein Außengewinde an einem Verlängerungsstück 37 des inneren Datierma- ^r· gnetkupplungsteils 30 aufschrauben, bevor die Schraubverbindung zwischen dem Außenstopfen 71 und dem Innenstopfen 74 außer Eingriff kommt. Danach wird der Innenstopfen 74 durch weiteres Drehen auf das Verlängerungsstück 37 festgeschraubt und schließlich wird das innere Dauermagnetkupplungsteil 30 mitgenommen, um die Ventilspindel 51 aus ihrer Normalstellung herauszubewegen. Der Außenstopfen 71 und der Innenstopfen 74 sind durch einen zweiten innen angeordneten O-Ring abgedichtet.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

20

JO

40 45 50 55 60 to'·

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetisch betätigbares stopfbüchsenloses Hochdruckventil, dessen das Verschlußstück axial verstellende, mit einem Gewindeabschnilt versehene Ventilspindel mit einem innerhalb eines Schutzgehsuses bzw. Spaltrohrs angeordneten inneren Dauermagnetkupplungsteil verbunden ist, das mittels eines außerhalb des Schutzgehäuses von Hand verdrehbaren äußeren Dauermagnetkupplungsteils verdrehbar ist, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung folgender Merkmale: