DE3220867A1

DE3220867A1 - Vorgesteuertes magnetventil

Info

Publication number: DE3220867A1
Application number: DE19823220867
Authority: DE
Inventors: Erhard 4050 Mönchengladbach Dörner; Carl Heinz Dipl.-Ing. Häfele
Original assignee: Rheinische Armaturen und Maschinenfabrik Albert Sempell
Current assignee: Sempell GmbH
Priority date: 1982-06-03
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1983-12-08
Also published as: GB2121925A; GB8314568D0; FR2528146A1

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Magnetventil, enthaltend ein Hauptsteuerventil mit einem Ventilsitz und einem den Ventilsitz abschließenden Differentialkolben, dessen Rückseite einen Raum begrenzt, der durch kleine Spaltquerschnitte mit dem Ventileintritt verbunden ist, und ein in axialer Verlängerung hinter dem Differentialkolben liegendes Vorsteuerventil, welches den Raum auf der Rückseite des Differentialkolbens gegen einen Raum niederen Druckes abdichtet.

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Vorgesteuerte Magnetventile dieser Art werden als Schalt- !

ventile in Rohrleitungen eingesetzt. Ein bevorzugter Ein- '

satzbereich ist die Verwendung als Steuerventile für ge- ι , !

!steuerte Armaturen. Da diese häufig Sicherheitseinrichtun-j gen sind und hohen Anforderungen an die Funktionssicher- j heit genügen müssen, unterliegen auch die Steuerventile ι

ι dieser Armaturen diesen Bedingungen. ·

Bei vorgesteuerten Magnetventilen besteht die Gefahr, daß beim Schaltvorgang Vorsteuer- und Hauptsteuerventil wechselseitig schalten, und damit Schwingungen unterhalb der Magnetventile entstehen. Damit wird der Massenstrom durch das Ventil pulsieren und die sichere Schaltung des zu steuernden Hauptventils beeinträchtigt. Ein vorgesteuertes Magnetventil sollte daher so konstruiert sein, daß eine gegenseitige Beeinflussung vermieden wird.

Für Sicherheitseinrichtungen - und damit auch deren Steuerventile - werden große Stellkraftreserven verlangt, um auch bei einer nach längerer Betriebszeit vergrößerten Reibung und Verschleiß die Funktion sicherzustellen. Andererseits soll der Energieverbrauch und die erforderliche Magnetkraft eines Magnetventils möglichst gering sein, um eine gesicherte Energieversorgung kostengünstig zu ermöglichen und die Größe des erforderlichen Magneten zu begrenzen.

In Überwachungspflichtigen Anlagen, z.B. in Kernkraftwerken, fossilen Kraftwerken und Druckbehälteranlagen, wird \ die Funktionssicherheit von Sicherheitseinrichtungen in j regelmäßigen Abständen überprüft. Es wird daher gefordert,! daß die Ventile ohne Beeinträchtigung des Betriebes mit einfachen Mitteln überprüft werden können; benötigt wird ₍ hierzu eine zuverlässige Stellungsanzeige. !

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuer-; tes Magnetventil dahingehend zu verbessern, daß die Nach- j teile der bekannten Bauarten nicht auftreten, d.h. das Ventil soll so beschaffen sein, daß

- während des Schaltvorganges die Ausgangsstellung des Vorsteuerventils nicht verändert wird,

- die erforderlichen Schaltkräfte des Vorsteuerventils möglichst klein sind,

- auf einfache Weise eine direkte Stellungsanzeige des Vorsteuerventils sowie eine indirekte Anzeige des Hauptsteuerventils möglich ist und

- die Elemente zur Übertragung der Schaltkräfte auf das Vorsteuerventil so ausgebildet sind, daß beim Öffnungsvorgang keine Massenkräfte des Magneten auf das Vorsteuerventil übertragen werden.

Diese Aufgabe wird bei einem vorgesteuerten Magnetventil in der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Verschlußkegel des Vorsteuerventils ein Mitnehmer fest verbunden ist, der nach einem Teilhub des Vorsteuerventils im Sinne einer Öffnungsbewegung kraftschlüssig am Differentialkolben angreift und bei unabhängiger Öffnungsbewegung des Differentialkolbens in diesen eintaucht und dabei dessen Bewegung nicht behindert.

Der Mitnehmer ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Zugstange mit endseitigem Kopfstück ausgebildet, wobei die Zugstange in der Ausnehmung einer Endkappe eines Zugrohres, das am Differentialkolben auf seiner Rückseite starr befestigt ist, geführt ist, in den es bei unabhängiger Öffnungsbewegung des Differentialkolbens eintaucht.

Bei einer Ausführungsform wird das Vorsteuerventil durch die Kraft eines Hubmagneten qegen den Druck des Betriebs-.mediums im Raum auf der Rückseite des Differentialkolbens geschlossen und geschlossen gehalten. Das Vorsteuerventil öffnet bei Unterbrechung der Stromversorgung, z.B. bei einer Umschaltung oder bei Stromausfall, durch die Druck-'kraft des Betriebsmediums, welche - insbesondere bei niedrigen Drücken - durch die Kraft der Schraubendruckfeder unterstützt wird. Das Ventil arbeitet nach dem Ruheprinzip.

Eine andere Ausführung besteht darin, daß das Vorsteuer- ! ventil durch die Kraft einer Feder, welche im Gehäuse des | Hubmagneten angeordnet ist, gegen den Druck des Betriebs- : mediums im Raum auf der Rückseite des Differentialkolbens schließt und geschlossen gehalten wird. Das Vorsteuerventil öffnet bei Erregung des Hubmagneten, dessen Magnet- ; kraft die Kraft oben genannter Feder vermindert, durch die Druckkraft des Betriebsmediums, welche besonders bei niedrigen Drücken durch die Kraft der Schraubendruckfeder unterstützt wird. Das Ventil arbeitet nach dem Arbeits- ; prinzip.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung besteht zwischen der Spindel des Vorsteuerventils und dem Betätigungselement des Hubmagneten nur eine Druckberührung. Hierdurch ist sichergestellt, daß beim Öffnungsvorgang Massenkräfte des Magneten und der mitbewegten Teile nicht

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auf das Vorsteuerventil übertragen werden. j

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Differentialkolben des Hauptsteuerventils in einem Zylinder ι geführt, an dem das Sitzstück starr befestigt ist, wobei ! das Sitzstück vorteilhafterweise in einem Abstand von ca. i dem zweifachen Sitzdurchmesser unterhalb des Ventilsitzes j mit dem Ventilgehäuse verschraubt ist.

Eine direkte Stellungsanzeige des Vorsteuerventils wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch 10 bewirkt, daß mit dem Verschlußkegel bzw. der Spindel des Vorsteuerventils eine axial geführte Stange fest verbunden und durch den Hubmagneten zu einer hinter dem Hubmag-

neten befindlichen Anzeigeeinrichtung, beispielsweise auf elektrischer oder mechanischer Basis, geführt ist.

zur Erzielung einer großen Angriffsfläche für den Druck des Betriebsmediums ist am Verschlußkegel des Vorsteuerventils über der Dichtfläche eine tellerförmige Erweiterung vorgesehen. Nach dem Öffnen des Vorsteuerventils wird die Öffnungsbewegung durch die nun an der teller- ι förmigen Erweiterung wirksamen Kräfte des Betriebsmediums ' unterstützt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in ! der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vorgesteuerten Magnetventils in einem teilweisen Axialschnitt dargestellt ist, näher erläutert.

Das Gehäuse 1 des Ventils hat einen seitlichen Eintritt 2 und einen nach unten gerichteten Austritt 3. In einem zylindrischen Innenraum 4 des Gehäuses 1 befinden sich die. Funktionsteile des Hauptsteuerventils. Auf der Oberseite ist das Gehäuse 1 durch einen Deckel 5 verschlossen, der zugleich Teile des Vorsteuerventils aufnimmt. An der

freien Stirnseite des Deckels 5 ist eine Laterne 6 durch ! Verschraubungen befestigt, die das Gehäuse 7 eines Hubmagneten trägt, an dem ein weiteres Gehäuse 8 befestigt ist, welches Einrichtungen für eine Stellungsanzeige ent- ι hält.

Zu den Funktionsteilen des Hauptsteuerventils gehören ein ; Sitzstück 9, ein Differentialkolben 10 und eine Schraubendruckfeder 11. ι

Das Sitzstück 9 besteht aus einem zylindrischen Oberteil

{ 10 12 und einem in die Bohrung des Oberteils hineinragenden j Unterteil 13 mit dem eigentlichen Ventilsitz 14. Das Sitz-.; stück 9 ist von oben in den Innenraum 4 des Gehäuses 1 J eingefügt, in dem es auf einem Bund 15 aufliegt, wobei j sich durch den Bund ein nach unten ragender Gewindeansatz 15 16 erstreckt, auf den von der Austrittsseite her eine J Sitzmutter 17 aufgeschraubt ist, die eine feste Verspannung des Sitzstückes 9 mit dem Gehäuse 1 bewirkt. Durch j diese einzige Einspannung an einer vom Ventilsitz 14 rej lativ weit entfernten Stelle wird vermieden, daß äußere 20 Kräfte über das Gehäuse auf den zylindrischen Oberteil 12 und den Differentialkolben 10 übertragen werden.

In Höhe des Eintritts 2 sind in dem zylindrischen Oberteil 12 zwei radiale Bohrungen 18 angebracht, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Eintrittes 2. Eine dieser Bohrungen 18 zeigt in Richtung des Eintritts 2. Das Medium kann somit ungehindert in den zylindrischen Innenraum eintreten. Oberhalb des Eintrittes 2 wird der Spalt zwischen Gehäuse 1 und Sitzstück 9, beispielsweise durch einen Kolbenring, weitgehend abgedichtet.

Der Differentialkolben 10 läuft im zylindrischen Oberteil 12 des Sitzstückes 9 mit enger Führung, um den Leckagestrom zwischen Kolben und Zylinder zu begrenzen. Auf der

Unterseite weist der Differentialkolben 10 eine Dicht- , fläche 19 auf, die dem Ventilsitz 14 entspricht und bei geschlossenem Ventil auf diesem aufliegt und den Verschluß zwischen Ventileintritt 2 und Ventilaustritt 3 bildet. ,

An dem Differentialkolben 10 ist auf seiner Rückseite eine Eindrehung 20 vorhanden, die die Schraubendruckfeder [ 11 aufnimmt, die vorgespannt und am Deckel 5 abgestützt : ist und somit den Differentialkolben 10 in Schließstellung¹ hält. !

Zum Vorsteuerventil gehören ein im Deckel 5 ausgearbeite- j tes Sitzstück 21, eine Spindel 22 mit dem Verschlußkegel 23, ein Faltenbalg 24, eine Schraubendruckfeder 25 und ein Verschlußdeckel 26, der an dem Deckel 5 verschraubt ist. Der in der Bohrung des Verschlußdeckels 26 angeord- j

nete Faltenbalg 24 dient dazu, die Ventilinnenräume voll- ! ständig gegen die Umgebung abzudichten.

Sitzstück 21 und Verschlußkegel 23 bilden den dichten Abschluß des Innenraumes auf der Rückseite des Differentialkolbens 10. Die Spindel 22 weist unmittelbar über dem Ver· schlußkegel 23 einen tellerförmigen Anschlag 27 auf, der bei offenem Vorsteuerventil an der unteren Stirnseite des Verschlußdeckels 26 anliegt und damit den Hub begrenzt. Vom Verschlußkegel 23 geht eine Zugstange 28 mit endseitigem Kopfstück 29 aus, die in einer Ausnehmung einer Endkappe 30 eines Zugrohres 31 geführt ist, das einen integralen Bestandteil des Differentialkolbens 10 bildet. Zwischen dem Kopfstück 29 und der Endkappe 30 des Zugrohres 31 ist so viel freies Spiel vorhanden, daß die Zugstange 2B erst nach einem bestimmten erforderlichen Hub des Vor-.Steuerventils am Zugrohr 31 und damit am Differentialkolben 10 im Öffnungssinn angreift. Andererseits ist zwischen Kopfstück 29 und Differentialkolben 10 so viel Freiraum vorhanden, daß eine unabhängige Öffnungsbewegung des

Differentialkolbens nicht behindert wird.

Die Spindel 22 ist im Oberteil des Verschlußdeckels 26 geführt. Am Ende der Spindel 22 ist an einer Verdickung 22a ein zweigeteiltes Abschlußstück 32 formschlüssig angelegt, welches eine konusförmige Aüßenwandung aufweist und mit dieser Wandung in eine angepaßte Bohrung eines Federtellers 33 eingreift, an dem sich die Schraubendruckfeder 25 abstützt. Das freie Ende eines mit dem Hubmagneten in Verbindung stehenden Stößels 34 liegt frei auf dem Abschlußstück 32 der Spindel 22 auf, so daß von diesem Stößel nur Druckkräfte auf die Spindel 22 wirken können. Damit werden unerwünschte Zugkräfte auf das Vorsteuerventil vermieden.

Die Schraubendruckfeder 25 zwischen dem Federteller 33 { und dem Verschlußdeckel 26 wirkt in Öffnungsrichtung und · hält das Vorsteuerventil geöffnet, solange keine über den ^; Stößel 34 eingeleitete Schließkraft die Kraft der Schrau- > bendruckfeder 25 überwindet. Ist das Ventil drucklos oder liegt nur ein geringer Druck vor, so ist die Schrauben- j

ί druckfeder 25 in der Lage, auch den Differentialkolben 10 ^;

des Hauptsteuerventils zu öffnen. ι

Vom äußeren Ende der Spindel 22 erstreckt sich eine axial verlaufende Stange 35, die durch das Gehäuse 7 des Hubmagneten hindurch bis in das Gehäuse 8 geführt ist und dort auf eine Einrichtung zur Stellungsanzeige des Vorsteuerventils einwirkt. Da die Spindel 22 über die Zugstange 28 nach einem entsprechenden Vorhub des Vorsteuerventils auch mit dem Differentialkolben 10 verbunden ist, ist über die Stange 35 auch eine Aussage über die Öffnung .des Hauptsteuerventils möglich.

Funktionsbeschreibung:

Das vorgesteuerte Magnetventil ist in Normalstellung ge-

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schlossen. Alle Innenräume stehen unter dem Druck des Be- !

triebsmediums. Der Differentialkolben 10 des Hauptsteuerventils wird durch den Druck des Betriebsmediums und die Kraft der Schraubendruckfeder 11 dicht gehalten, während ;

i der Verschlußkegel 23 durch den Stößel 34 unter der Ein- ; wirkung des Hubmagneten gegen den Druck des Betriebsmedi- ! ums und die Kraft der Schraubendruckfeder 25 in der i Schließstellung gehalten wird. Beim Ruhestromprinzip j drückt die Kraft des Hubmagneten direkt auf den Verschluß-!

ι 10 kegel 23, beim Arbeitsstromprinzip wird dagegen die i

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Schließkraft durch eine Feder erzeugt, deren Einwirkung I ', auf den Stößel nach dem Ansprechen des Hubmagneten aufge- ^!

hoben bzw. verringert wird. ί

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! Die Bewegung des Hubmagneten wird beispielsweise durch das Signal eines Druckschalters ausgelöst. Die Schließkraft des Stößels 34 auf den Verschlußkegel 23 des Vorsteuerventils entfällt, der Druck des Betriebsmediums öffnet den Verschlußkegel 23 so weit, daß der Druck im Raum auf der Rückseite des Differentialkolbens 10 des Hauptsteuerventils abgesenkt wird, da die Zuströmquerschnitte wesentlich kleiner sind als die Abströmquerschnit-

te. Die Wirkfläche auf der Rückseite des Differentialkol- |

bens 10 ist wesentlich größer als die Angriffsfläche auf , der entgegengesetzten Seite, so daß nach genügender Druckabsenkung der Mediendruck, der auf die Differenzfläche zwischen Differentialkolben und Sitz einwirkt, den Differentialkolben 10 Öffnet. Auch der Verschlußkegel 23 j geht weiter in die Offenstellung. Diese Öffnungsbewegung wird unterstützt durch die Strahlumlenkung an dem über , dem Verschlußkegel befindlichen tellerförmigen Anschlag _l 27 und durch den Einfluß der Kraft der Schraubendruckfeder 25. Auch bei schneller Bewegung des Differentialkolbens 10 bleibt das Vorsteuerventil stets geöffnet, da dessen Bewegung unabhängig von der des Hauptsteuerventils ist.

Sollte bei niedrigen Drücken die Druckabsenkung auf der Rückseite des Differentialkolbens 10 nicht ausreichen, um diesen zu öffnen, oder ist die Anlage drucklos, so öffnet · die Schraubendruckfeder 25 durch die Einwirkung der Zug- ■ stange 28 nach Beendigung des ersten Teilhubes auch den \ Differentialkolben 10,

Wird der Hubmagnet wieder umgeschaltet, so wird durch die auf den Stößel 34 ausgeübte Kraft der Verschlußkegel 23 wieder in die Schließstellung gebracht. Durch die relativ kleinen Zuströmquerschnitte zwischen dem Ventileintritt 2 und dem Raum auf der Rückseite des Differentialkolbens 10 steigt der Druck in diesem Raum auf den Wert des Betriebsmediums an, womit zugleich der Differentialkolben 10 in die Schließstellung gedruckt wird. Unterstützt wird die Schließkraft durch die am Differentialkolben 10 angreifende Schraubendruckfeder 11, deren Federkraft jedoch geringer ist als die der Schraubendruckfeder 25 des Vorsteuerventils .

Leerseite

Claims

Radt, Finkener, Ernesfi

Pafenfanwälfc

Heinrich-König-Sfraße 119
Bochum 1

Fernsprecher ΙΟίΜ) 477V/iB

Ttltpramnwdrcssr Ridtfwlcnl Bochum

Ttitx; BS57W radl d

82 123

WE/US

Vorgesteuertes Magnetventil

Ansprüche

(l·/ Vorgesteuertes Magnetventil, enthaltend ein Hauptsteuerventil mit einem Ventilsitz und einem den Ventil- j teitz abschließenden Differentialkolben, dessen Rückseite ^: einen Raum begrenzt, der durch kleine Spaltquerschnitte ^! mit dem Ventileintritt verbunden ist, und ein in axialer : Verlängerung hinter dem Differentialkolben liegendes Vor- . Steuerventil, welches den Raum auf der Rückseite des j Differentialkolbens gegen einen Raum niederen Druckes ab- , dichtet, dadurch gekennzeichnet, ' daß mit dem Verschlußkegel (23) des Vorsteuerventils ein ; Mitnehmer fest verbunden ist, der nach einem Teilhub des

Vorsteuerventils im Sinne einer Öffnungsbewegung kraftschlüssig am Differentialkolben (10) angreift und bei un- . abhängiger Öffnungsbewegung des Differentialkolbens (10) in diesen eintaucht und dabei dessen Bewegung nicht behindert.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer als Zugstange (28) mit endseitigem Kopfstück (29) ausgebildet ist und daß die Zugstange (28) in der Ausnehmung einer Endkappe (30) eines Zugrohres (31), das am Differentialkolben (10) auf seiner Rückseite starr befestigt ist, geführt ist, in den es bei unabhängiger Öffnungsbewegung des Differentialkolbens (10) eintaucht.
3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil gegen den Druck des Betriebsmittels im Raum auf der Rückseite des Differential-

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kolbens (10) durch die Kraft eines Hubmagneten geschlossen

gehalten wird. ι
4. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- ',

zeichnet, daß das Vorsteuerventil gegen den Druck des Be- j triebsmittels im Raum auf der Rückseite des Differential- ;

i kolbens (10) durch die Kraft einer Feder geschlossen ge- j

halten wird, die durch einen Hubmagneten gespannt wird. ·
5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- ^: durch gekennzeichnet, daß zwischen der Spindel (22) des ^:

Vorsteuerventils und einem Stößel (34) des Hubmagneten nur;

eine Druckberührung besteht. \
6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (10) des j Hauptsteuerventils in einem Zylinder (12) geführt ist, an j

dem das Sitzstück (9) starr befestigt ist, und daß das i

Sitzstück (9) in einem Abstand von ca. dem zweifachen ;

Sitzdurchmesser unterhalb des Ventilsitzes (14) mit dem j

Ventilgehäuse (1) verschraubt ist. ^:
7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Spindel (22) des Vorsteuerventils eine axial geführte Stange (35) fest verbunden und durch den Hubmagneten zu einer hinter dem Hubmagneten befindlichen Stellungsanzeige (8) geführt ist.
8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis I₁ da-

durch gekennzeichnet, daß am Verschlußkegel (23) des Vorsteuerventils über der Dichtfläche ein tellerförmiger Anschlag (27) vorgesehen ist.