DE3508151A1

DE3508151A1 - Magnetisches schnellschlussventil

Info

Publication number: DE3508151A1
Application number: DE19853508151
Authority: DE
Inventors: Gernot Dr. 6000 Frankfurt Zippe
Original assignee: MAN Technologie AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1986-09-11
Also published as: NL8600525A; JPS61236980A; GB2172093A; US4750705A; GB8605721D0; GB2172093B

Description

Dr. Gernot Zippe Magnetisches Schnellschlußventil

In bestimmten Anwendungsfällen besteht die Notwendigkeit für ein einfaches, billiges und zuverlässiges Schnellabsperrventil, welches einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom oder eine Vakuumleitung unterbricht und dauerhaft absperrt.

Einfache Platten-, Kugel- oder Kegel-Rückschlagventile, welche durch Gegendruck oder mechanische und/oder elektromagnetische Kräfte geschlossen werden, sind bekannt (DE 2638 879 A1). Diese Ventile wirken derart, daß das Ventil beim überschreiten oder Unterschreiten eines bestimmten Fluiddruckes öffnet und wieder sperrt oder umgekehrt.

Es gibt Anwendungsfälle, wie z.B. Sicherheitsventile in giftige Gase führenden Leitungen, bei denen bei einem Defekt das Ventil schließt, -beispielsweise um zu verhindern, daß das Gas ins Freie tritt- oder daß Vakuumapparaturen durch Lufteinbruch beschädigt werden. In solchen Fällen muß sichergestellt werden, daß der Defekt keine schädlichen Folgen nach sich zieht.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, für diese Aufgabe eine fertigungstechnisch einfache und sicherheitstechnisch zuverlässige Lösung zu finden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Durch die einfache Vorrichtung wird mit Hilfe permanentmagnetischer Kräfte ein sicherer Verschluß einer Gas- oder Flüssigkeits- oder Vakuumleitung eingeleitet und durch bekannte Magnete passender Form und Stärke dicht geschlossen. Damit wird eine Anlage in einen sicheren Zustand überführt und gehalten. Empfindliche, im Hochvakuum arbeitende Apparaturen oder beispielsweise Pumpen und Anzeigegeräte werden damit vor Lufteinbrüchen oder unerwünschter Verschmutzung geschützt.

Durch zusätzlich wirkende elektromagnetische und/oder mechanische Vorrichtungen kann das geschlossene Ventil bei Bedarf wieder geöffnet und offen gehalten werden. Die Dichtheit der einmal geschlossenen Ventile erfordert keine zusätzlichen Maßnahmen.

Je nach dem Grad der erforderlichen Dichtigkeit des geschlossenen Ventils, z.B. Hochvakuum gegen Atmosphärendruck oder nur Wasserleitung, je nach Größe des Durchmessers der Leitung(en) oder der Art des strömenden Mediums, sind passende Dichtungsvorrichtungen

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vorgesehen, welche durch die oben erwähnten, permanent-magnetischen Kräfte aufeinandergepreßt werden. Dabei werden bekannte Dichtungsmaterialien verwendet, soweit diese den geforderten Beanspruchungen gewachsen sind.

Nicht immer reichen elastische, gummi artige Dichtungen für eine dauerhafte Abdichtung der einmal geschlossenen Leitungen aus. Insbesondere für aggressive Medien sind manchmal Spezialdichtungsflächen erforderlich, die unelastisch, langsam unter dem Druck der Dichtungsflächen wegfließen (z.B. Teflon) und wieder undicht werden können. Dies soll erfindungsgemäß einerseits durch die (anziehenden) Magnetkräfte am Ventilsitz verhindert werden und andererseits dadurch, daß Dichtungsringe oder Sitze verwendet werden, welche in Poren oder Kanälen, die zu den Dichtungsflächen hin offen sind oder beim Sch ließVorgang geöffnet werden, Dichtungsmassen (z.B. dicke öle oder Fette) enthalten. Diese Dichtungsmassen müssen beispielsweise im Hochvakuumfall genügend tiefen Dampfdruck besitzen, um im Laufe der Lebenszeit der Benutzung nicht zu verdampfen oder die Leitungen zu kontaminieren und aggressiven Medien, gegen die abgedichtet werden soll, widerstehen zu können.

In bestimmten Fällen kann es zweckmäßig sein eine Dichtungsmasse zu wählen, welche sich nach dem Schließen mit dem Ventilsitz verklebt oder durch eine chemische Reaktion fest verbindet.

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Eine andere erfindungsgemäße Variante sieht vor, eine Schneide, welche nach dem Schließen an den Dichtflächen unter dem Druck der (sich anziehenden) Magnete steht, durch kurzzeitige Erwärmung mit dem aufliegenden Ventilsitz zu verlöten oder zu verschmelzen. Dieser Vorgang für eine dauerhafte Abdichtung durch kurzzeitiges Erhitzen der Dichtschneide bis zur Schmelztemperatur des passend geformten Ventilsitzes, der dabei nicht wegfließen darf, kann beispielsweise von außen durch Wärmekontakt, der durch eine bekannte (Hochfrequenz-) Heizspule, welche auch fest eingebaut sein kann, erfolgen.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand von, in der Zeichnung schematisch dargestellten, Ausführungsbeispielen 1 bis 5 näher erläutert, wobei weitere Ausführungsformen möglich sind.

Figur 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel ein einfaches Ventil, welches nach dem Schnellschluß nicht wieder geöffnet werden kann ohne daß die Leitung aufgetrennt und der ursprüngliche, offene Zustand durch äußeren Eingriff wiederhergestellt wird.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines einfachen Schnellschlußventils, bei welchem ein Wiederöffnen ohne Auftrennen der Leitung durch einen Eingriff von außen möglich ist.

Fig. 3 + 4 zeigen Einzelheiten der möglichen Dichtflächen aus den Figuren 1 und 2.

Figur 5 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel ein Eckventil, dessen Ventilsitz nach dem Schnellschluß verschmolzen wird.

Gemäß Fig.1 ist in eine (nicht gezeichnete) Fluidleitung ein einfaches Schneilschlußventil zwischengeschaltet, in dessen Gehäuse ein fest eingebauter Ringmagnet 2 mit einer dünnen Dichtfläche 3 an der Unterseite einem Ventilteller 4 mit Dichtscheibe 5 gegenübersteht. In den aus ferromagnetischem Material bestehenden Ventilteller 4 ist ein Stabmagnet 6 fest eingebaut, welcher in der

Führung 7, im geöffneten Zustand des Ventils, durch den Stabmagneten auf Abstand zu dem Ringmagneten 2 gehalten wird.

Durch Wegziehen oder Ummagnetisieren des Stabmagneten 8, welcher in einer gegen die Leitung dichten Bohrung im Gehäuse 1 steckt, wird das Ventil schnell geschlossen, weil sich die entgegengesetzten Pole der Magnete 2 und 4 anziehen und festhalten. Moderne Magnetmaterialien, beispielsweise Cobalt-Samarium-Legierungen, bieten einen weiten Spielraum, die Kräfte der Magnete 2, 4 und 8 passend aufeinander abzustimmen.

Gemäß Fig.2 ist in eine Fluid- oder Vakuumleitung ein Ventil zwischengeschaltet, dessen Gehäuse 1 zumindest an der Seite der Magnete aus nichtmagnetischen) Material besteht und und bei welchem dessen Schnellschluß durch den Ringmagneten 9 ausgelöst wird.

Der Ringmagnet 9, welcher in geöffnetem Zustand sich in einem genügend großen Abstand vom Ventilgehäuse befindet, wird zum Schnellschluß auf das Ventilgehäuse aufgesetzt. Der ferromagnetische Ventilteller 4, eventuell unterstützt durch den in 7 geführten Stabmagneten 6, wird gegen die Dichtscheibe 5 gedrückt und festgehalten. Die zentrische Führung des Ventiles 4 befindet sich in einer Lochscheibe oder Spinne 7, welche die Leitung ausreichend frei läßt. Der Ventilteller 4 mit dem Stabmagneten 6 wird im geöffneten Zustand durch die Feder 10 von der Dichtfläche 5 weggezogen, wodurch das Ventil nicht nur lageunabhängig arbeiten, sondern auch wieder geöffnet werden kann ohne die Leitung zu trennen, indem man den Ringmagneten 9, welcher auch geteilt sein kann, vom Gehäuse 1 entfernt. Der Ringmagnet 9 könnte auch durch eine Solenoidspule passender Aktivierung unterstützt oder ersetzt werden.

Fig.3 und Fig.4 zeigen Beispiele von Ventildichtungen, wie sie zweckmäßigerweise in den in Fig. 1 und 2 dargestellten Schnellschlußventilen benutzt werden können, um die Dichtheit auch bei den, durch die Magnetkräfte begrenzten, Anpreßdrucken zu gewährleisten. Die Dichtscheiben können sowohl am Ventilteller als auch am Ventilsitz angebracht sein, wobei das Gegenstück in bekannter Weise flach oder mit Wulst sowie kegel- oder kugelförmig ausgebildet sein kann.

Fig.3 zeigt eine Dichtscheibe (oder Dichtring) mit Poren oder Kanälen 11, welche mit passenden Dichtungsmaterialien gefüllt und zum Gegenstück hin offen sind.

Fig.4 zeigt eine Dichtscheibe (oder Dichtring), deren Kanäle 12 erst beim Schließen des Ventils durch den Druck der Dichtmasse geöffnet werden, weiche sich auf der dem Gegenstück abgewandten Seite befindet.

Fig.5 zeigt ein Eckventil, bei welchem eine Schneide 15 beim Schnellschluß in eine Dichtfläche 16 gedruckt wird, welche anschließend mit Hilfe der Spule 17 kontrolliert erwärmt und verschmolzen wird.

Während des Schmelzvorganges sorgen die Ringmagnete 18 und 19 dafür, daß Schneide und Bett fest aufeinander gepreßt werden. Die Feder 20 kann diesen Vorgang noch unterstützen und beim Beginn des Schließvorganges, wenn die Magnetkräfte wegen des größeren Abstandes noch klein sind, für einen schnellen Anlauf sorgen, wogegen die Magnete ihre größten Kräfte bei kleinem Abstand entfalten, wenn die Federkräfte geringer geworden sind.

Als Offenhalter innerhalb des Ventilgehäuses 1 ist einmal beispielsweise ein einfacher Stab 21 angedeutet, welcher aus der Bohrung 22 im Ventilschaft 23 zum Schnellschluß herausgezogen wird.

Als Offenhalter außerhalb des Gehäuses 1 können alternativ auch die anziehenden Kräfte des Magneten 6, welcher mit dem Ventilschaft 23 fest verbunden ist und des außerhalb des Gehäuses befindlichen Magneten 8 benutzt werden. Zum SchnellSchluß kann beispielsweise der Magnet 8 entfernt oder durch die SoIenoidspule 25 überkompensiert werden, so daß der Ventilstempel freigegeben wird.

Claims

Magneti sches SchneiIsch1ußventi1

Pate nt ansprüche:

Anspruch 1

Schnellschlußventil zum Abdichten von Fluid- oder Vakuumleitungen mit permanentmagnetisch ausgeübtem Druck auf den Ventilsitz dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil im Normalbetrieb geöffnet und so ausgelegt ist, daß nach einem Sch ließVorgang, unabhängig von der Strömungsrichtung in der Leitung und unabhängig von späteren Druckänderungen das Ventil derart abdichtet, daß eine selbsttätige Öffnung nicht mehr möglich ist.

Anspruch 2

Schnellschlußventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Kräfte anziehender Art sind.

Anspruch 3

Schnellschlußventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Kräfte abstoßender Art sind.

Anspruch 4

Schnellschlußventil nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß magnetische und/oder Federkräfte dafür sorgen, daß auch bei nachgebenden Ventilsitzen genügend Dichtungsdruck erhalten bleibt.

Anspruch 5

Schnellschlußventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungsringe oder Sitze verwendet werden, welche in Poren oder Kanälen Dichtungsmassen eingeschlossen enthalten, welche die Dichtigkeit verbessern.

Anspruch 6

Schnellschlußventil nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Poren oder Kanäle, welche die Dichtungsmassen enthalten, erst durch den Sch ließpreßdruck geöffnet werden.

Anspruch 7

Schnellschlußventil nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmasse eine bekannte Magnetflüssigkeit ist oder enthält.

Anspruch 8

Schnellschlußventil nach Anspruch 5, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse einen sehr niedrigen Dampfdruck hat.

Anspruch 9

Schnellschlußventil nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse aggressiven Medien widersteht.

Anspruch 10

Schnellschlußventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das einmal geschlossene Ventil nur durch zusätzliche mechanische und/oder elektromagnetische Vorrichtungen geöffnet werden kann.

Anspruch 11

Schnellschlußventil nach Anspruch 1 - 9 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dichtungsmasse nach dem Schließen des Ventils verklebt oder durch eine chemische Reaktion mit dem Ventilsitz fest verbindet.

Anspruch 12

Schnellschlußventil nach Anspruch 1 - 9 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtflächen nach dem Schließen durch kurzzeitige Erwärmung miteinander verlötet oder verschmolzen werden.

Anspruch 13

Schnellschlußventil nach einer der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Sch ließVorgang durch mechanische Vorrichtungen ausgelöst wird.

Anspruch 14

SchnellSchlußventil nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Sch ließVorgang durch magnetische Kräfte ausgelöst wird.

Anspruch 15

Schnellschlußventil nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Sch ließVorgang durch Druckanstieg ausgelöst wird.