DE3143693A1

DE3143693A1 - An eine unterdruckleitung anschliessbares steuerventil

Info

Publication number: DE3143693A1
Application number: DE19813143693
Authority: DE
Inventors: Paul Alfred Abingdon Oxfordshire Knight; Barry Reginald Minster Lovell Oxfordshire Marshall
Original assignee: Ambic Equipment Ltd
Current assignee: Ambic Equipment Ltd
Priority date: 1980-11-05
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1982-07-08
Also published as: NL8104989A; GB2087044A; FR2494385A1; US4480657A; FR2494385B1; GB2087044B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtseh.-Ing. B.Jochem

Frankfurt/Main Staufenstraße

Anm. :

Ambic Equipment Limited
Minster LoveIl

GB - Oxfordshire 0X8 5SR

Titel:

An eine Unterdruckleitung anschließbares Steuerventil

A 3668 / 3.11.1981

3U3693

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.--Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt/Main Staufenstraße

Anm. :

Ambic Equipment Limited
Minster LoveIl

GB - Oxfordshire 0X8 5SR

Titel:

An eine Unterdruckleitung anschließbares Steuerventil

A 3668 / 3.11.1981

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Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt durch ein Steuerventil gemäß der Erfindung, wobei dessen bewegliche Teile in einer ersten Arbeitsstellung gezeigt sind;

Fig. 2 das Steuerventil nach Fig. 1 in einer zweiten Arbeitsstellung;

Fig. 3 verschiedene Druck/Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung der Veränderungen des Drucks an verschiedenen Stellen des Steuerventils während des Betriebs.

Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Steuerventil besteht aus einem Gehäuse in Form eines Hohlkörpers 1, der aus einem oberen Gußteil 2 und einem unteren Gußteil 3 zusammengesetzt ist, zwischen denen eine seitlich auslenkbare elastische runde Membran 4 dicht eingespannt ist. Die Membran 4 unterteilt somit den Hohlkörper 1 in eine obere Kammer A und eine · untere Kammer B.

An dem unteren Gußteil 3 ist eine Einlaßöffnung 7 angeformt, die bestimmungsgemäß an eine Unterdruckleitung 8 angeschlossen wird, sowie weiterhin eine erste Auslaßöffnung 9, die mit einer ersten Ausgangsleitung 10 verbunden wird. Am oberen Gußteil 2 ist eine zweite Auslaßöffnung 11 angeformt, die mit einer zweiten Ausgangs leitung verbunden wird.

Das untere Gußteil 3 ist darüberhinaus mit einem Kanal und einem Ventilsitz ausgebildet, welche eine Verbindung zwischen der ersten Auslaßöffnung 9 und einer ersten ventilgesteuerten Entlüftungsöffnung 13 darstellen. Außerdem besteht ein ventilgesteuerter Verbindungskanal 13' zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung 9 sowie ein ventilgesteuerter Verbindungskanal 14 zwischen der Einlaßöffnung und der Kammer B.

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Im Innenraum des Hohlkörpers 1 ist im Zentrum der Membran 4 ein hin- und hergehend beweglicher Ventilkörper 15 befestigt. Er wird durch gegenüberliegende Flansche 16 und 17 an der Membran 4 gehalten. Der Ventilkörper 15 ist aus mehreren Teilen zusammengesetzt, was aus Gründen der einfacheren zeichnerischen Darstellung nicht gezeigt ist, erstreckt sich durch den Hohlkörper 1 und hat einen Flansch 18 mit einem auf dessen Oberseite angebrachten Dichtungsring 19 zum Verschluß der ersten Entlüftungsöffnung 13. Unterhalb des Verbindungskanals 14 befindet sich in einer kleinen, ständig mit der Einlaßöffnung 7 verbundenen Kammer C ein Ventilteller 20 mit einem Dichtungsring 21 auf der Oberseite und einem Dichtungsring 22 auf der Unterseite.

Derjenige Teil des Ventilkörpers 15, welcher sich durch die Kammer A erstreckt, ist hohl und stellt somit einen inneren Verbindungskanal 23 zur Verfügung, der an seinem unteren Ende durch eine Bohrung 24 in der Kammer B mündet. Im mittleren Bereich des Ventilkörpers 15 erstreckt sich der Verbindungskanal 2 3 in einen hohlen Ansatz 25, der über eine Drosselbohrung 26 mit der Kammer A in Verbindung steht.

Die Auslaßöffnung 11 hat über eine Bohrung 27 Anschluß an einen die Verlängerung des Verbindungskanals 23 bildenden Verbindungskanal 28 im oberen Bereich des Ventilkörpers 15. Eine Balgendichtung 29 umspannt an ihrem einen Ende dichtend den Schaft des Ventilkörpers 15 und an ihrem anderen Ende einen den Schaft umgebenden, in die Kammer A hineinragenden Ansatz am Hohlkörper 1. Der Verbindungskanal 33 wird dadurch von jeder weiteren direkten Verbindung ixnit der Kammer A abgeschlossen. Die einzige Verbindung ist somit die Drosselbohrung 26. Außerdem ist der Verbindungskanal 23 über die Bohrung 24 mit der Kammer B verbunden.

Am oberen Ende des den Hohlkörper 1 bildenden Ventilgehäuses befindet sich eine zweite zur Außenatmosphäre führende Entlüftungsöffnung 31, die über einen Verbindungskanal 32 mit der zweiten Auslaßöffnung 11 verbunden ist. Am oberen Ende des

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Ventilkörpers 15 ist außerhalb des Ventilgehäuses ein Flansch 33 mit einem Dichtungsring 34 zur gesteuerten Abdichtung der zweiten Entlüftungsöffnung 31 angebracht.

In Fig. 1 ist die erste Entlüftungsöffnung 13 im geöffneten und die zweite Entlüftungsöffnung 31 im geschlossenen Zustand dargestellt. Dementsprechend ist die zweite Auslaß-Öffnung 11 in Verbindung mit der Einlaßöffnung 7 und die erste Auslaßöffnung 9 von der Einlaßöffnung 7 getrennt gezeigt.

Es ist besonders zu beachten, daß die Mantelwand 5 der Kammer B einen kleineren Durchmesser hat als der untere Bereich des oberen Gehäuseteils 2. Somit ist in der Stellung nach Fig. 1 die die Kammer B begrenzende Fläche der Membran 4 wesentlich kleiner als die die Kammer A begrenzende Membranfläche.

Die Funktionsweise des beschriebenen Steuerventils ergibt sich aus dem Vergleich der Figuren 1 und 2 sowie den Druck/ Zeit-Diagrammen nach Fig. 3.

Wird, ausgehend von der Ventilstellung nach Fig. 1 die Einlaßöffnung 7 kontinuierlich mit Unterdruck beaufschlagt, so wird die Kammer B evakuiert und dieses Vakuum über die Bohrung 24, den Verbindungskanal 23, den Verbindungskanal 2 und die Bohrung 27 an die Auslaßöffnung 11 weitergeleitet. Gleichzeitig wird die Auslaßöffnung 9 in dieser Ventilstellung über die offene Entlüftungsöffnung 13 mit der Außenatmosphäre in Verbindung gebracht. Die Kammer A hat zunächst noch Atmosphärendruck, so daß die Membran durch den Unterdruck in der Kammer B nach unten gezogen und in der in Fig. 1 gezeigten Stellung gehalten wird.

Sofort nach Inbetriebnahme beginnt sich jedoch der Druck in der Kammer A zu ändern, da sie über die Drosselbohrung 26 mit dem unter Unterdruck stehenden Verbindungskanal 2 3 verbunden ist. Somit fällt der Druck in der Kammer A zunehmend, also

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auch der Druck, mit welchem die Oberseite der Membran 4 beaufschlagt wird. Da die obere Membranfläche größer ist als die durch die Mantelwand 5 begrenzte untere Membranfläche/ tritt an der Membran ein Gleichgewicht der nach oben und unten gerichteten Kräfte bereits ein, bevor der fallende Druck in der Kammer A das Niveau des Unterdrucks in der Kammer B erreicht hat. Sobald der Gleichgewichtszustand überschritten wird, wird die Membran 4 seitlich, d.h. nach oben ausgelenkt, wobei der gesamte Ventilkörper 15 aus der Stellung nach Fig. 1 in die nach Fig. 2 angehoben wird.

In der nunmehr eingenommenen Stellung gemäß Fig. 2 ist die Entlüftungsöffnung 13 durch den Flansch 18 mit dem Dichtungsring 19 abgeschlossen. Gleichzeitig hat der Ventilteller 20 durch öffnen der Ringdichtung 21 den Verbindungskanal 13' freigegeben. Durch dieselbe Bewegung des Ventiltellers 20 wurde mittels der Ringdichtung 22 der Verbindungskanal 14 geschlossen.

Weiterhin wurde durch die Umschaltung des Ventils aus der Stellung nach Fig. 1 in die Stellung nach Fig. 2 am oberen Ende des Ventilkörpers 15 durch Anheben des Flansches 33 mit dem Dichtungsring 34 der Verbindungskanal 32 und die Entlüftungsöffnung 31 zur Außenatmosphäre geöffnet.

Infolge der genannten Ventilumstellungen ist in der Stellung gemäß Fig. 2 die Auslaßöffnung 9 gegenüber der Außenatmosphäre abgedichtet und stattdessen mit der Einlaßöffnung 7 verbunden. Die Auslaßöffnung 11 dagegen ist von der Einlaßöffnung 7 getrennt und über die zweite Entlüftungsöffnung 31 mit der Außenatmosphäre verbunden. Die Kammer B ist ebenfalls entlüftet, und zwar über die Bohrung 24, die Verbindungskanäle und 28 sowie die Bohrung 27, so daß der auf die Unterseite der Membran 4 wirkende Druck sofort auf den Druck der Außenatmosphäre ansteigt. Dagegen ist der Druck in der Kammer A in diesem Zeitpunkt unmittelbar nach der Umschaltung des Ventils in die Stellung nach Fig. 2 im Unterdruckbereich, so daß die Membran 4 und der Ventilkörper 15 zunächst nach oben gedrückt und in

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der in Fig. 2 gezeigten Stellung gehalten werden.

Sofort nach der Umschaltung aus der Stellung nach Fig. 1 in die nach Fig. 2 beginnt jedoch wegen der Drosselbohrung 26 ein Druckanstieg in der Kammer A. Die Kammer B bleibt während dieser Zeit auf Atmosphärendruck, während die darunterliegende Kammer C, welche den Ventilteller 20 aufnimmt und mit der ständig mit Unterdruck beaufschlagten Einlaßöffnung 7 in Verbindung steht, deren Druckniveau hat. Somit besteht eine Druckdifferenz zwischen der oberen und der unteren Fläche des Ventiltellers 20. Der Unterdruck wirkt auf die gesamte untere Fläche dos Ventiltollcrc, während Atmosphürendruck auf denjenigen Bore ich der oberen Fläche des Ventiltellers wirkt, welcher durch den Dichtungsring 22 begrenzt wird. Daraus resultiert ein nach unten gerichteter Druck auf den gesamten Ventilkörper 15. Er hat zur Folge, daß noch bevor in der Kammer A Atmosphärendruck erreicht wird, die Resultierende der Drücke die Membran 4 wieder in die Stellung nach Fig. 1 zurückstellt. Daraufhin findet ein weiterer Zyklus, wie vorstehend beschrieben, statt.

Sobald der Ventilkörper 15 in die Ausgangslage zurückgekehrt ist, stellt sich in den verschiedenen Ventilkammern und Auslaßöffnungen wieder der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Zustand ein. Das Hin- und Hergehen dos Ventilkörpers wiederholt sich, solange ein Unterdruck an der Einlaßöffnung 7 anliegt,. Dabei wird das Vakuum abwechselnd zur Auslaßöffnung 9 und zur Auslaßöffnung 11 geleitet, wie dies in den Diagrammen nach Fig. 3 dargestellt ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß sowohl der Druckabfall in der Kammer A als auch der danach dort wieder stattfindende Druckanstieg durch den Durchmesser der Drosselbohrung 24 bestimmt werden. Der Gleichgewichtszustand der Drücke, nach welchem die Membran 4 aus der Stellung nach Fig. 2 wieder in die Stellung nach Fig. 1 zurückkehrt, wird bestimmt durch das Verhältnis der wirksamen Kolbenflächon

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einerseits auf der Unterseite und andererseits in den Grenzen des Dichtungsrings 22 auf der Oberseite des Ventiltellers 20. Die genannten Variablen werden so gewählt, daß an der Auslaßöffnung 9 und somit auch an der Auslaßöffnung 11 die Periode des höheren Drucks (Atmosphärendrucks) gleich ist der Periode des Unterdrucks.

Fig. 3 zeigt sechs Druck/Zeit-Diagramme, welche den Druckverlauf an der Einlaßöffnung 7, an der Auslaßöffnung 9, der Auslaßöffnung 11, in der Kammer A, der Kammer B und der Kammer C darstellen. Jodos Diagramm zuiyt du; i^arken liir den Λtmosphärondruck und den zur Verfügung sLohenden Unterdrück. Die allen Diagrammen gemeinsamen gestrichelten senkrechten Linien bezeichnen jeweils das Umschalten der Membran und des Ventilkörpers 15. Somit zeigen alle Diagramme die Druckverläufe während zweier vollständiger Zyklen des Betriebs .

Aus dem zweiten und dritten Diagramm der Fig. 3 geht der Druckverlauf der Auslaßöffnungen hervor. Es ist ersichtlich, daß das zur Verfügung stehende Vakuum abwechseln an die beiden Auslaßöffnungen geleitet wird, während gleichzeitig jeweils die nicht an die Vakuumquelle angeschlossene Auslaßöffnung zur Außenatmosphäre entlüftet ist.

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fin.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

An eine Unterdruckleitung anschließbares Steuerventil zur abwechselnden Beaufschlagung von zwei Ausgangsleitungen mit Unterdruck, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem durch eine auslenkbare Membran (4) in zwei Kammern (A, B) unterteilten Hohlkörper (1) mit einer an die Unterdruckleitung (8) anschließbaren Einlaßöffnung (7) - , und jeweils an eine Ausgangsleitung (10, 12) anschließbaren ersten und zweiten Auslaßöffnungen (9, 11) sowie wenigstens einer steuerbaren Entlüftungsöffnung (13,31) und weiterhin aus einem inneren Verbindungskanal (23, 24, 47, 28) und einem durch die Membran (4) derart bewegbaren Ventilkörper (15) besteht, daß bei kontinuierlich mit Unterdruck beaufschlagter Einlaßöffnung (7) diese abwechselnd mit der ersten Auslaßöffnung (9) in Verbindung kommt, während die zweite Auslaßöffnung (11) mit der Entlüftungsöffnung (31) verbunden ist, und dann an die zweite Auslaßöffnung (11) anschließbar ist, während die erste Auslaßöffnung (9) entlüftet ist.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der ersten und der zweiten Auslaßöffnung (9, 11) je eine erste bzw. zweite Entlüftungsöffnung (13, 31) zugeordnet sind und der innere Verbindungskanal (23, 24, 27, 28) in dom durch die Membran (4) derart bewegbaren Ventilkörper (15) angeordnet isl, daß die Einlaßöffnung (7) abwechselnd an jede der beiden Auslaßöffnungen (9, 11) anschließbar ist, während die jeweils andere Auslaßöffnung an die zugeordnete Entlüftungsöffnung (13, 31) anschließbar ist, wobei die Verbindung der Einlaßöffnung (7) mit der einen Auslaßöffnung (11) über den inneren Verbindungskanal (23,24,27, 28) erfolgt,

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3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Verbindungskanal (23, 24, 27, 28) mit beiden Kammern (A,B) kommuniziert, wobei seine Verbindung mit der einen Kammer (A) gedrosselt und mit der anderen Kammer (B) ungedrosselt ist.
4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) am Umfang im Hohlkörper (1) eingespannt und nur in ihrem mittleren Bereich auslenkbar ist.
5- Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) aus einem oberen und unteren Gußteil (2, 3) gebildet ist, welche jeweils eine der beiden Kammern (A, B) enthalten.
6. Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (7) mit einer dritten Kammer (C) verbunden ist, welche durch den bewegbaren Ventilkörper (15) alternativ an die erste Auslaßöffnung (9) und über die eine der beiden anderen Kammern (B) und den inneren Verbindungskanal (23, 24, 27, 28) an die zweite Auslaßöffnung (11) anschließbar ist.
7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Gußteil (3) die dritte Kammer (C) und die kleinere der beiden anderen Kammern (A, B) enthält, während das obere Gußteil (2) die größere dieser Kammern (A, B) begrenzt, und daß zu dem inneren Verbindungskanal (23, 24, 27, 28) die gedrosselte Verbindung (25, 26) zu der größeren Kammer (A) und die ungedrosselte Verbindung (24) zu der kleineren Kammer (B) gehören.

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