DE3608060A1 - Gasventil - Google Patents

Description

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Gasventi 1

Die Erfindung betrifft ein Gasventil insbesondere zum Steuern der einem Brenner zuge^ührten Gasmenge zum Variieren der erzeugten Wärmemenge.

Es sind verschiedene Ventile bekannt, die es ermöglichen, eine bestimmte Druckdifferenz zwischen einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß aufrechtzuerhalten. Typischerweise wird ein Ventilelement durch eine Feder in eine Position vorgespannt, in der es eine öffnung zwischen dem Gaseinlaß jnd dem Gasauslaß verschließt. Der Federkraft entgegen wirkt der Gasdruck vom Gaseinlaß im Sinne einer Bewegung des Ventilelementes von der Öffnung weg. hierbei wird der erreichte Differentialdruck ausschließlich durch die Steifheit der Feder bestimmt und ist konstant. Um diesen Differentialdruck zu variieren, ist es notwendig, die Feder durch eine solche mit größerer oder kleinerer Steifheit auszutauschen.

Aus der US-PS 715 600 ist eine Armatur bekannt, die an einem Ventilelement angebracht ist und mit einem Permanentmagneten in Wechselwirkung steht, der das Ventilgehäuse umgibt. Die Position des Magneten relativ zu der Armatur, wenn das Ventilelement seine Öffnung verschließt, kann durch körperliches Bewegen des Magneten verändert werden, um die wirksame Vorspannkraft auf das Ventilelement zu variieren. Eine derartige Anordnung erfordert eine manuelle Einstellung und einen physischen Zugriff zu dem Ventil.

In vielen Steuersituationen ist es wünschenswert, den Gasfluß automatisch etwa durch eine mikroprozessorprogrammierte Steuerung und/oder ohne die Benötigung eines Bedienungsmanns, um Zugang zu dem Ventil zu erhalten, zu r\ steuern. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, dieses Problem durch Schaffen eines elektrisch steuerbaren Gasdurchflußventils zu lösen.

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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Gasdurchflußventil umfassend ein Gehäuse, das einen Gaseinlaß, einen Gasauslaß und eine Öffnung hierzwischen definiert, Ventilmittel, umfassend ein Durchflußdrosselelement, das in der Lage ist, die öffnung zu schließen, und einen Schaft, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt, einen Permanentmagneten und eine Spule, die ein veränderliches Steuersignal empfangen kann, wobei entweder der Magnet oder die Spule am entfernten Ende des Schaftes angeordnet und das andere Teil bezüglich des Gehäuses benachbart zu dem entfernten Ende des Schaftes befestigt ist, wobei die Größe des Steuersignals die Kraft variiert, die zwischen dem Magnet und der Spule erzeugt wird, die das Durchflußdrosselelement von der öffnung weg vorspannt.

Vorzugsweise sind Federmittel vorgesehen, die auf das Ventilelement einwirken, um das Durchflußdrosselelement in eine Position zum Schließen der öffnung vorzuspannen, und der Kraft entgegengerichtet sind, die durch die Magnet- und Spulenanordnung ausgeübt wird. Eine derartige Anordnung unterstützt das Stabilisieren der Bewegung des Durchflußdrosselelementes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Druckrückkopplungsmittel vorgesehen, um einen konstanten Ausgangsdruck im Gasauslaß zu erzeugen. Derartige Rückkopplungsmittel können wenigstens eine Membran umfassen, die mit dem Schaft des Ventilelements verbunden ist und auf die durch den Einlaßdruck und/oder Auslaßdruck und/oder atmosphärischen Druck eingewirkt wird.

Es ist normalerweise in Gasdurchflußkreisen notwendig, einen Sicherheitsabschaltmechanismus vorzusehen. Dieser kann vorzugsweise mit Gasdurchflußventilen des oben definierten Typs kombiniert werden, indem ein Kolben in dem Gehäuse gegenüberliegend zu dem Durchflußdrosselelement angeordnet wird, welcher Kolben in eine Position federvorgespannt ist, in der er das Durchflußdrosselelement in einer Position zum Schließen der öffnung gegen die Maximalkraft hält, die hierauf durch den Einlaßgasdruck und die Magnet- und Spulenanordnung ausgeübt werden kann, während er normalerweise nicht in Kontakt mit dem Durchflußdrosselelement infolge eines Solenoids gehalten wird, der den Kolben außerhalb des Gehäuses um-

gibt und zudem die Stromzufuhr wahlweise ausgeschaltet wird, um die Abschalteinrichtung zu betätigen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der. Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform

eines Gasdurchflußventils.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform

eines Gasdurchflußventils.

Das in Fig. ' dargestellte Gasdurchflußventil 1 umfaßt ein Gehäuse 2 mit einem Einlaß 4 und einem Auslaß 6. Eine Öffnung 8 ist die einzige Durch- ^lußverbindung zwischen dem Einlaß 4 und dem Auslaß 6. Ein Ventilelement 10 dient zum Schließen der Öffnung 8 und besteht aus einem Durchflußdrosselelement oder einer Ventilplatte 12, die benachbart zu einem Ventilsitz 8a, der die öffnung 8 umgibt, angeordnet ist, und einem Schaft 14, der sich zur Außenseite des Gehäuses 2 durch ein abdichtendes Lager 16 hindurch erstreckt. Das äußere Ende 18 des Schaftes 14 trägt einen Permanentmagneten 20. Eine Schraubenfeder 22 umgibt den Schaft 14 und wirkt zwischen einer äußeren Abstützfläche des Gehäuses 2 und der zugewandten Fläche des Permanentmagneten 20. Die Feder 22 spannt die Ventilplatte 12 in Eingriffsstellung mit dem Ventilsitz 8a vor. Eine Steuerspule 24 ist am Äußeren des Gehäuses 2 befestigt und umgibt den Schaft 14 ^nd die Feder 22. Drähte 26 liefern einen elektrischen Signaleingang für die Spule 24, der das magnetische Feld bestimmt, das durch die Spule 24 erzeugt wird, und daher auch die Kraft zwischen der Spule 24 und dem Magneten 20 bestimmt. Diese Kraft wirkt der durch die Feder 22 ausgeübten Vorspannkraft entgegen, um den Schaft 14 in einer Richtung zu bewegen, daß die Ventilplatte 12 den Ventilsitz 8a freigibt und sich von diesem wegbewegt.

Die auf die Ventilplatte 12 wirkenden Kräfte während des Betriebs des Ventils sind der Differenzdruck, der durch das Gas ausgeübt wird, das

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dazu neigt, das Ventil zu schließen, die durch die Feder 22 ausgeübte Vorspannkraft, die ebenfalls dahin tendiert, das Ventil zu schließen, und die variable Steuerkraft, die durch den Permanentmagneten 20 und die Spule 24 ausgeübt wird, die dahin tendiert, da,s Ventil zu Öffnen. Durch Variieren des an die Spule 24 über die elektrischen Eingänge 26 angelegten Signals kann die Druckgasdifferenz über der öffnung 8 und daher die Gasdurchflußmenge eingestellt werden.

Eine Sicherheitseinrichtung, durch die sämtlicher Gasfluß durch die öffnung 8 ausgeschaltet werden kann, ist in Form eines Kolbens 32 vorgesehen, der in dem Gehäuse auf die Ventilplatte 12 gerichtet angeordnet ist. Der Kolben 32 wird durch eine Schraubenfeder 34 vorgespannt, die den Kolben 32 in Richtung auf die Ventilplatte 12 vorspannt. Eine Solenoidspule 36 umgibt einen Schaft des Kolbens 32 außerhalb des Gehäuses 2. Wenn ein genügend großes elektrisches Signal an die Solenoidspule 36 angelegt ist, wird der Kolben 32 durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Kern der Spule und dem Kolben außer Kontakt mit der Ventilplatte 12 gehalten. Sobald jedoch das Signal für die Spule 36 abgeschaltet wird, bewegt sich der Kolben 32 abwärts unter der Wirkung der Feder 34 und drückt die Ventilplatte 12 in dichtenden Kontakt mit ihrem Ventilsitz 8a. Die Vorspannkraft, die von der Feder 34 geliefert wird, wenn diese ausgedehnt ist, um den Kolben in Kontakt mit der Ventilplatte 12 zu bringen, ist derart, daß sie größer ist als die maximale Gesamtkraft, die auf die Ventilplatte 12 ausgeübt werden kann, um diese zu öffnen.

Die Ausführungsform von Fig. 2 ist ähnlich zu der vorstehend beschriebenen, jedoch ist hierbei eine Druckrückkopplungseinrichtung vorgesehen, um einen konstanten Gasausgangsdruck zu erzielen, der entsprechend elektrischer Steuerung variabel ist. Hierbei wirkt der Gaseinlaßdruck in der Weise, daß er die Ventilplatte 12 vom Ventilsatz 8a hinweg vorspannt. In jeglicher anderer Beziehung sind die auf das Ventilelement 10 wirkenden Kräfte die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Zusätzlich wirkt die Druckrückkopplungseinrichtung kraftmäßig auf das Venti!element, um den Ausgangsdruck konstant zu halten.

Die Drückrückkopplungseinrichtung umfaßt eine Hilfskammer 40, die mit dem Gehäuse 2 verbunden ist und durch die sich der Schaft 14 des Ventilelementes 10 erstreckt. Eine erste Membran 42 ist an ihrem Umfang mit dem Rand einer öffnung zwischen dem Gehäuse 2 und der Hilfskammer 40 fest verbunden. Der Mittelbereich der Membran 42 ist mit dem Schaft 14 des Ventilelementes 10 verbunden. Da die öffnung zwischen der Hilfskammer 40 und dem Gehäuse 2 nicht abgedichtet ist, wirkt auf die Membran 42 von der Seite des Gehäuses 2 her der Einlaßgasdruck. Auf die nach außen gerichtete Fläche der Membran 42 wirkt dagegen der Auslaßgasdruck, der in die Kammer 40 mit Hilfe einer Druckverbindungsleitung 44 geführt wird, die sich in einen Bereich des Gehäuses 2 im Hauptstrom des Gasflusses zum Gasauslaß 6 von der Öffnung 8 her erstreckt. Wenn daher der Einlaßdruck relativ zum Auslaßdruck ansteigt, deformiert sich die Membran 42, um den Schaft 14 in einem Sinn zu bewegen, um die Ventilplatte 12 näher an den Ventilsitz 8a zu bringen, um hierdurch den Anstieg im Gasdurchfluß durch die Öffnung 8 zu reduzieren, der von dem Einlaßdruckanstieg resultiert, um so zu bewirken, daß der Auslaßdruck konstant bleibt. Die Membran 42 liefert einen Rückkopplungseffekt.

Eine zweite Membran 46 ist mit dem Schaft 14 verbunden und erstreckt sich üoer die HiKskammer 40 unterhalb der ersten Membran 42. Die Membran 46 wird von einer Seite durch den Auslaßdruck, der der Hilfskammer 40 durch die Leitung 44 zugeführt wird, und auf der anderen Seite durch atmosphärischen Druck beaufschlagt, da die Hilfskammer 40 nicht abgedichtet ist, wo das nach außen gerichtete Ende 18 des Schaftes 14 zur Außenseite des Gehäuses sich erstreckt. Wenn daher der Auslaßdruck relativ zum atmosphärischen Druck ansteigt, deformiert sich die Membran 46, um die Ventilplatte 12 näher zu ihrem Ventilsitz 8a zu bringen und hierdurch den Auslaßdruck zu reduzieren. Die Membran 46 liefert einen Rückkopplungseffekt. Insgesamt dienen beide Membranen 42, 46 dazu, einen konstanten Auslaßdruck unabhängig von Fluktuationen im Einlaßdruck aufrechtzuerhalten. Die Größe des Auslaßdrucks kann variiert werden durch Einstellen des Steuersignals, das der Steuerspule 24 zugeführt wird.

Bei dieser Ausführungsform spannt die Feder 22 die Ventilplatte 12 in ihre geschlossene Positionen vor und ist zwischen der Außenseite des Gehäuses 2 und der zweiten Membran 46 angeordnet. Alternativ könnte sie in einer Position wie bei der ersten Ausführungsform mit der gleichen Wirkung angeordnet werden. In dieser Position jedoch beeinträchtigt sie nicht die magnetische Wechselwirkung zwischen eier Spule 24 und dem Permanentmagneten 20. .

Obwohl die Ausführungsform von Fig. 2 keine Sicherneitsabschalteinrichtung wie in Fig. 1 zeigt, kann diese auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein.

Obwohl die Einrichtung aus Spule und Magnet in beiden Ausführungsfornen mit der Spule 24 außerhalb des Gehäuses 2 und dem Permanentmagneten 20 an dem Ende 18 des Ventil schaftes 14 angebracht dargestellt ist, kann auch ein Elektromagnet am Ende des Ventilschaftes 14 und ein Permanentmagnet am Gehäuse 2 angebracht werden. In diesem Falle wird das veränderliche Steuersignal dem Elektromagneten zugeführt. Die dargestellten Ausführungsformen werden insofern bevorzugt, als hierbei vermieden wird, ein elektrisches Signal einem beweglichen Teil zuzuführen.

- Lee rseite -

Claims (9)

8/55 Patentansprüche

1. Gasdurchflußventil umfassend ein Gehäuse mit einem Gaseinlaß, einem Gasauslaß und einer dazwischen befindlichen öffnung, Ventilmitteln umfassend ein Durchflußdrosselelement zum Schließen der Öffnung und einen Schaft, der sich zur Außenseite des Gehäuses erstreckt, sowie Mitteln zum Vorspannen des Durchflußdrosselelementes außer Eingriff mit der Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel einen Permanentmagneten (20) und eine Spule (24), die durch ein veränderliches Steuersignal beaufschlagbar ist, umfassen, wobei der Magnet (20) und die Spule (24) am äußeren Ende des Schaftes (14) montiert und die Spule (24) oder der Magnet (20) am Gehäuse (2) benachbart zu dem äußeren Ende des Schaftes (14) befestigt sind, wobei die Größe des Steuersignals die zwischen dem Magneten (20) und der Spule (24) erzeugte Kraft, die das Durchflußdrosselelement (12) von der Öffndung (8) weg vorspannt, variiert.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (22) auf das Ventilelement (10) wirken, um das Durchflußdrosselelement (12) in eine Position zum Schließen der Öffnung (8) vorzuspannen und der durch den Magneten (20) und die Spule (24) aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druckrückkopplungsmittel (44, 46) vorgesehen sind, um einen konstanten Ausgangsdruck im Gasauslaß zu erzeugen.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsmittel (44, 46) wenigstens eine Membran (46) umfassen, die mit dem Schaft (14) des Ventilelements (10) verbunden ist und auf die der Einlaßdruck und/oder der Auslaßdruck und/oder atmosphärischer Druck wirkt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitsabschalteinrichtung (32, 34, 36) vorgesehen ist, die einen Kolben (32) umfaßt, der in dem Gehäuse (2) gegenüber zu dem Durchflußdrosselelement (12) angeordnet ist, wobei der Kolben (32) mittels einer Feder (34) in eine Position vorgespannt ist, in der er mit dem Durchflußdrosselelement (12) in Eingriff steht und dieses in einer Position zum Schließen der Öffnung (8) gegen die auf das Element (12) durch den Einlaßgasdruck und die Magnet- und Spulenanordnung (20, 24) ausgeübte Kraft hält, während Mittel (34, 36) zum Halten des Kolbens (32) normalerweise außer Eingriff mit dem Durchflußdrosselelement (12) vorgesehen sind.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (34, 36) einen Solenoid (36) umfassen, der den Kolben (32) außerhalb des Gehäuses (2) umfaßt, wobei der Solenoid (36) derart ist, daß die Beendigung der Stromzufuhr hierzu es dem Kolben (32) ermöglicht, sich in Eingriff mit dem Durchflußdrosselelement (12) zu bewegen.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (20) an dem Gehäuse (2) und die Spule (24) an dem Schaft (14) befestigt ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (20) an dem Schaft (14) und die Spule (24) an dem Gehäuse (2) befestigt sind.

9. Gasdurchflußventil mit einem Durchflußdrosselelement (12), das in eine Öffnung (8) zwischen einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftmotor (20, 24), der in Ansprache auf elektrische Signale wirkt, vorgesehen ist, um die Vorspannkraft einzustellen, die das Durchflußdrosselelement (12) von der Öffnung (8) weg hält.