DE3734079A1

DE3734079A1 - Ventil fuer gasfoermige und fluessige medien

Info

Publication number: DE3734079A1
Application number: DE19873734079
Authority: DE
Inventors: Lothar Bartz; Rolf Lehner; Kurt Dipl Ing Staehle
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1988-04-21
Also published as: DE3734079C2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für gasförmige und flüssige Medien mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Gattung.

Stand der Technik

Ein derartiges Ventil ist Gegenstand der EP-A1-00 12 193. Dabei ist das Dichtband als zwischen der Dichtfläche und einer um einen kleinen Winkel gegenüber einer zur Dichtflä che parallelen Ebene geneigten Gegenfläche abrollende Doppelschleife ausgebildet, deren ringförmige Einzelschlei fen außerdem auf einer zwischen ihnen angeordneten Betätigungs- und Anschlagplatte abrollen. Für diese Ventil anordnung, welche sich insbesondere für die ferngesteuerte Betätigung eignet, werden zwar nur geringe Betätigungskräfte benötigt. Das Betätigungsglied legt aber einen relativ großen, das Doppelte der Schleifenbewegung betragenden Betätigungsweg zurück, wobei die Betätigungsbewegung nur relativ umständlich in die von der Doppelschleife flankierte Betätigungsplatte eingeleitet werden kann. Bei dem Gegen stand der EP 00 12 193 muß dabei das Betätigungsglied durch das Gehäuse herausgeführt werden, wodurch ein erhöhter Kraftaufwand zur Betätigung und ein Dichtproblem bei der Durchführung entsteht.

Aus US-PS 36 05 546 ist ein weiteres Ventil für gasförmige Medien bekannt, das für Pfeifen in Orgeln bestimmt ist. Das Ventil gemäß US-PS 36 05 546 enthält einen Verschlußkörper zum Verschließen einer Ventilöffnung, der als elastisch abrollendes, federndes Dichtband ausgeführt ist und unter Vorspannung in S-Form um zwei mit gleichem Durchmesser ausgestattete Rollen geführt ist. Das Dichtband ist mit seinen Enden einerseits an einer Dichtfläche für die Ventil öffnung und andererseits an der ihr gegenüberliegenden Begrenzungsfläche befestigt. Diese beiden Flächen sind mit einer Verbindungsfläche zu einem im Querschnitt nach der vierten Seite offenen Raum verbunden, wobei an der Dichtflä che ein rechtwinkliger Anschlag zur Begrenzung des Weges des S-förmigen Dichtbandes zur vierten Seite hin angeordnet ist. Die Dichtfläche, die Verbindungsfläche und die ihr gegen überliegende Begrenzungsfläche des Ventilraums sind in einem Ausführungsbeispiel zueinander rechtwinklig angeordnet und ein einem weiteren Ausführungsbeispiel ist geoffenbart, die Dichtfläche und die ihr gegenüberliegende Begrenzungsfläche des Ventilraums in einem Winkel zueinander anzuordnen, sodaß durch diese divergierende Anordnung das Dichtband in einer vorgewählten Richtung zu Anlage kommt. Die Betätigung des Ventils gemäß der US-PS 36 05 546 erfolgt durch Druck luftunterschiede, die außerhalb und innerhalb des Ventil raums herrschen, bzw. durch eine entsprechende Steuerung hervorgerufen werden.

Aus dem DE-GM 73 24 333 ist ferner ein Magnetventil mit einem den aus elastischem Werkstoff bestehenden Ventil schließkörper betätigenden um eine Polfläche eines eine Erregerspule durchsetzenden Magnetkerns kippbar gelagerten Anker und auf der dem Erregermagneten abgewandten Seite des Ankers angeordneten Ventilsitzen und Ventilanschlüssen bekannt, wobei die Ventilschließkörper Teile einer den Anschlußraum des Ventils gegenüber dem Anker und dem Erre germagneten abdichtenden flachen Membran sind. Die Membran ist dabei mit einer Versteifungsplatte versehen und mittels eines Dichtwulstes ringsum eingespannt. Die Membran ist mit den Ventilsitzen gegenüberliegenden kegelstumpfförmigen Vorsprüngen versehen. Die Betätigung erfolgt mittels eines Erregermagneten, der auf einen Arm des Ankers einwirkt und so das Öffnen oder Schließen des Ventils bewirkt.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein für die Massenfertigung geeignetes Ventil gemäß dem Gegenstand des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das insbesondere für große zu schaltende Mengen und große Drücke nur noch einen sehr geringen Betätigungsweg und eine kleine Betätigungskraft erforderlich macht, wobei die Betätigungskraft in einfacher Weise in das Betätigungsglied des Ventils einleitbar sein soll.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegen standes sind mit den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 11 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß die zur Änderung des Schaltzustandes des Ventils erforderli che Schaltenergie allein in dem S-förmigen Dichtband gespei chert ist und als Auslösevorrichtung für die Änderung dieses Schaltzustandes eine Wippe in dem Ventilraum vorgesehen ist. Durch eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung wird die Wippe um kleine Winkel α gedreht und so die in dem S-förmigen Dichtband gespeicherte Schaltenergie zur Änderung des Schaltzustandes des Ventils freigegeben. Es genügt damit zur Betätigung des Ventils die Einleitung einer minimalen Kippbewegung der Wippe, auf der das Dichtband auf einer Seite abrollt, um ein Umschnappen des Dichtbandes in die jeweils andere Ventilstellung auszulösen. Der freigegebene Strömungsquerschnitt für das Ventil ist dabei im Vergleich zu den Gesamtabmessungen des Ventils groß und die innerhalb des Ventils vor sich gehende Umlenkung der Strömung sehr klein. Darüber hinaus ist es mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand möglich, mehrere Ventilgehäuse mit an ihren Seitenöffnungen liegenden Einlaßöffnungen zu einem Ventil satz mit großem Durchflußquerschnitt zu verbinden. Diese Ventile können zusammengeschaltet über eine gemeinsame Eingangsversorgung verfügen. Durch dieses Aneinanderfügen mehrerer gleichgearteter Gehäuse zu einem Funktionsblock lassen sich sowohl mit als auch ohne gemeinsame Eingangsversorgung unterschiedliche Schaltzustände an den Ausgängen herbeiführen und somit logische Funktionen reali sieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird die Erfindung anhand von einem Ausführungs beispiel und von Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Ventil entlang der Linie I-I in Fig. 3 bei geschlossenem Ventil,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung bei geöff netem Ventil, und

Fig. 3 einen Schnitt durch mehrere zu einem Ventil satz verbundene Ventilgehäuse entlang der Linie III-III in Fig. 1.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 ist in einem Ventilgehäuse 1 eine Wippe 3 angeordnet. Die Wippe wird unter dem Einfluß einer als Schenkelfeder ausgebildeten Rückstellfeder 4 in Kontakt mit der inneren Seite des Ventildeckels 10 a und mit einem Teil der Zylindermantelfläche eines Führungsrohres 2 für die Wippe und die Rückstellfeder gehalten, gleichzeitig wird die Wippe im Uhrzeigersinn bis in eine Stellung verdreht, in der sie auf der inneren Seite 10 a des Ventildeckels 10 aufliegt. Die als Schenkelfeder ausgebildete Rückstellfeder 4 ist mit je einem abgewinkelten Endstück in einem Schlitz oder einer Bohrung des Ventilgehäusedeckels 10 bzw. der Wippe 3 einge hängt. Die Schenkelfeder 4 kann auch in jeder anderen für die Befestigung einer derartigen Feder geeigneten Weise verankert sein. Zur Einführung der Schenkelfeder 4 ist dabei das Führungsrohr 2 geschlitzt.

Die Oberfläche 3 a der Wippe 3 schließt einen von den Innen flächen 1 b, 1 c und 1 d des Ventilgehäuses 1 umschlossenen Ventilraum 1 a von rechteckigem Querschnitt nach der vierten Seite ab. Die Oberfläche 3 a der Wippe 3 ist gegenüber einer Parallelen zur gegenüberliegenden Seitenwand 1 b des Ventil raums 1 a um kleine Winkel α ₁ bzw α ₃ um etwa 3 Grad im beiden Drehrichtungen drehbar. Im Innern des rechteckigen Ventilraums 1 a ist ein elastisches Dichtband 5 in einer S-förmigen Konfiguration zwischen der Seitenwand 1 b und der Oberfläche 3 a der Wippe 3 eingelegt. Das Dichtband setzt sich damit aus zwei etwas mehr als halbkreisförmig gebogenen Halbteilen einer S-Form zusammen. Das Dichtband besteht dabei beispielsweise aus Metall oder einer amorphen Legie rung, die sich besonders für ein derartiges S-förmiges Dichtband eignet. Das Dichtband 5 ist mit seinen Enden an einem von den Seitenwänden 1 b bzw. von der Oberfläche 3 a der Wippe 3 angeordneten Stiften 6 bzw. 7 eingehängt und wird durch je eine Haltenase 1 e an dem Ventilgehäuse 1 bzw. Haltenase 3 b an der Wippe 3 in Eingriff mit den Stiften 6 und 7 gehalten. Die Länge des Dichtbandes 5 ist so gewählt, daß nur eine seiner beiden S-Schleifen an einer der beiden Seitenwände 1 c bzw. 1 d des Ventilraums 1 a anliegt. Dabei wird nach dem Verschwenken der Wippe 3 aus ihrer zur Gegen seite 1 b parallelen Lage jeweils die in Drehrichtung der Wippe gelegene Seitenwand berührt, die jeweils die Schaltendlage des Ventils darstellt. Dieser Vorgang beruht offenbar auf der durch die größere Zusammendrückung einer der beiden S-Schleifen durch die Wippe 3 hervorgerufenen Vergrößerung der Bandspannung - der ersten Federkraft- des Dichtbandes, die sich durch entsprechende Verkleinerung - der zweiten Federkraft - der anderen S-Schleife ausgleicht. Bei einer solchen Lageveränderung des Ventilbandes 5 rollt es auf der eine Ventilöffnung Ausgang enthaltenden als Dichtfläche fungierenden Seitenwand 1 b des Ventilgehäuses 1 a ab. Die Ventilöffnung Ausgang 1 f wird geschlossen, wenn die Wippe 3 sich unter Einfluß der Schenkelfeder 4 im Uhrzeiger sinn verdreht und an der inneren Seite 10 a des Ventildeckels 10 anlegt. In der geschlossenen Stellung des Ventils wird das Dichtband 5, sofern der Ventilraum 1 a an die den höheren Druck führende Leitung angeschlossen ist, durch den im Ventilraum 1 a herrschenden Überdruck mit einer mit dem Überdruck zunehmenden Kraft gegen die als Dichtfläche wirkende Seitenwand 1 b gedrückt, wodurch ein zuverlässiger Verschluß der Ventilöffnung Ausgang 1 f unabhängig von der Größe des im abzusperrenden Medium herrschenden Überdrucks zustandekommt. Die leichte Beweglichkeit des Dichtbandes bzw. die zum Schalten des Ventile erforderliche Kraft wird durch die Höhe des im Ventilraum herrschenden Überdruckes kaum beeinflußt, weil das Dichtband 5 auf der als Dichtflä che wirkenden Seitenwand 1 b eine reine Abrollbewegung ausführt.

Bei Bewegung der Wippe 3 entgegen dem Uhrzeigersinn wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Ventilöffnung Ausgang 1 f freigegeben, sodaß das in Pfeilrichtung A (Fig. 3) in den Ventilraum 1 a strömende Medium den Ventilraum 1 a in Pfeilrichtung B (Fig. 2) über den Ventilausgang 1 f verlas sen kann.

Aus der bisherigen Beschreibung des Erfindungsgegenstandes ergibt sich auch, daß die zur Änderung des Schaltzustandes des Ventils erforderliche Energie allein in dem S-förmigen Dichtband 5 gespeichert ist. Der Schaltvorgang läßt sich in zwei Teile aufteilen und zwar in einen Auslösemechanismus, der durch die Bewegung der Wippe 3 verkörpert wird und den eigentlichen Schaltvorgang der S-förmigen Dichtfeder. Zu diesem Zweck ist als Auslösevorrichtung eine Wippe 3 in den Ventilraum 1 a angeordnet. Nach der Auslösung des Schaltvor gangs durch die Bewegung der Wippe 3 bewirkt die in dem S-förmigen Dichtband gespeicherte Schaltenergie selbsttätig eine Durchmesseränderung der beiden gebogenen Halb-Teile des S-förmigen Dichtbandes. Es findet also ein Wechsel der der Größe der ersten und zweiten Federkraft in den beiden gebogenen Halbteilen des S-förmigen Dichtbandes, je nach Schaltstellung Ein oder Aus des Ventils, statt. Dazu ändert sich der Durchmesser der beiden S-Schleifen je nach Stellung der Wippe, sodaß zwar die Summe der ersten und der zweiten Federkraft der beiden Halbteile des S-förmigen Dichtbandes jeweils gleich groß sind, aber je nach Schaltzustand des Ventils und damit je nach Größe des Durchmessers einer der beiden S-Schleifen die erste und die zweite Federkraft jeweils unterschiedlich groß sind. Dadurch wird für die Schaltzustände des Ventile jeweils ein stabiler Ruhezustand erzielt. Es kommt also bei der Änderung des Schaltzustandes des Ventils zu einer Umkehrung der Größe der ersten und der zweiten Federkraft der beiden gebogenen Halbteile des S-förmigen Dichtbandes 5. Die jeweils größere Kraft in der S-Schleife bewirkt einen stabilen Ruhezustand für die jeweilige Schaltstellung des Ventils, da die für die Betäti gung erforderliche Schaltenergie allein innerhalb des S-förmigen Bandes gespeichert ist, ist der jeweilige Ruhezu stand des Ventils bei entsprechender Dimensionierung unab hängig von den Kräften der elektromagnetischen Betätigungs einrichtung und der Rückstellfeder 4. Die Änderung des Schaltzustandes des Ventils wird durch eine Bewegung der Wippe 3 auf das S-förmige Dichtband 4 übergeleitet. Die Oberfläche 3 a der Wippe 3 wirkt hier als Begrenzungsfläche, auf der das eine Ende des S-förmigen Dichtbandes abgestützt und befestigt ist. Für das erfindungsgemäße Ventil ist bisher dargelegt worden, daß es ein sehr wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist, eine Wippe und ein S-förmiges Dichtband in einem Ventilraum zusammenwirkend anzuordnen.

Die Unterseite des Ventilraums 1 a ist mittels eines Ventil deckels 10 gegen die Außenluft abgeschlossen. Der Ventildec kel 10 wird mittels Schrauben 11 und der Zwischenlage einer Dichtung 12 am Ventilgehäuse 1 befestigt. Selbstverständlich ist auch jede andere geeignete Befestigungsart für den Ventildeckel anwendbar. In den Ventildeckel 10 ist eine Magnetspule 13 eingesetzt, die mit einem in die Wippe 3 eingelassenen Magnetanker 14 zusammenwirkt. Die Magnetspule 13 wird mittels Schrauben 15 im Ventildeckel 10 gehalten. Die innere Seite 10 a des Ventildeckels 10 besitzt eine Vertiefung 10 b, die die Auflagefläche für die Unterseite der Wippe 3 verringert, damit bei entsprechenden Medien kein Klebeeffekt der Wippenunterseite auf dem Ventildeckel 10 auftritt.

Sobald die Magnetspule 13 über die elektrischen Zuleitungen 16 und 17 mit Strom beaufschlagt wird, wird der an der Wippe 3 befestigte Magnetanker 14 angezogen und die Wippe 3 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Dadurch wird das Ventil in der vorher beschriebenen Weise geöffnet. Bei Abschalten des Strome wird durch die Rückstellfeder 4 der entgegengesetzte Schaltzustand erzwungen. Der Magnetkern 24 der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung besitzt eine der Unterseite der Wippe 3 bzw. dem Magnetanker 14 zugewand te Fläche 25, die auf dem Magnetanker 14 in der Schaltstel lung gemäß der Fig. 2 bündig aufeinander zu liegen kommt. Der Magnetanker dient dabei gleichzeitig als Anschlag für diese Schaltposition. Der Magnetanker kann nicht nur auf der dargestellten Seite gemäß den Fig. 1 und 2 sondern auch auf der anderen Seite der Wippe angeordnet sein.

Gemäß Fig. 3 sind mehrere Ventilgehäuse 1 mittels Schrau benbolzen 18 so miteinander verbunden, daß die an beiden Seiten des Ventilgehäuses 1 angebrachten Ventilöffnungen Eingang 1 g miteinander fluchten. Die Schraubenbolzen 18 sind dabei durch Bohrungen des Ventilgehäuses geführt. Zur Abdichtung nach außen ist jeweils zwischen den Ventilgehäu sen 1 bzw. den Ventilgehäusen mit einer vorderen Abschluß wand 19 bzw. einer hinteren Abschlußwand 20 ein Dichtring 21 eingelegt. An der hinteren Abschlußwand 20 ist die Ventil öffnung Eingang 1 g angeordnet, die beispielsweise aus einer handelsüblichen Verschraubung bestehen kann. Durch das Aneinanderfügen mehrerer Ventilgehäuse kann der beim Ansteu ern des Ventils freiwerdende Strömungsquerschnitt entspre chend vergrößert werden. Durch das Aneinanderfügen mehrerer gleichgearteter Gehäuse 1 zu einem Funktionsblock bei gemeinsamer Eingangsversorgung können unterschiedliche Schaltzustände an den Ausgängen der Ventile herrschen und somit logische Funktionen realisiert werden.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Das erfindungsgemäße Ventil findet Anwendung als Durchfluß ventil für gasförmige und flüssige Medien, wobei große Mengen zu schalten und große Drücke durch das Ventil zu bewältigen sind.

Bezugszeichenliste 1 Ventilgehäuse
1 a Ventilraum
1 b Seitenwand
1 c Seitenwand
1 d Seitenwand
1 e Haltenase für Dichtband
1 f Ventilöffnung Ausgang
1 g Ventilöffnung Eingang
1 h Bohrung
2 Führungsrohr für Wippe und Rückstellfeder
3 Wippe
3 a Oberfläche der Wippe
3 b Haltenase für Dichtband
4 Rückstellfeder
5 Dichtband
6 Stift
7 Stift
8 Handelsübliche Pneumatikverschraubung
9 Dichtung
10 Ventildeckel
10 a innere Seite des Ventildeckels
10 b Vertiefung in Ventildeckel
11 Schrauben
12 Dichtung
13 Magnetspule
14 Magnetanker
15 Schrauben
16 Zuleitung elektrisch
17 Zuleitung elektrisch
18 Schraubenbolzen
19 vordere Abschlußwand
20 hintere Abschlußwand
21 Dichtring
22 Handelsübliche Pneumatikverschraubung
23 Dichtring
24 Magnetkern
25 Fläche des Magnetkerns

Claims

1. Ventil für gasförmige und flüssige Medien, bei dem ein Verschlußkörper von einem auf der die Ventilöffnung enthaltenen Dichtfläche abrollenden elastisch federnden Dichtband gebildet wird, das unter Vorspannung in S-Form in einem Ventilraum angeordnet ist, und mit seinen Enden an dieser Dichtfläche und einer ihr gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Ventilraumes befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Änderung des Schaltzustandes des Ventils erforderliche Energie allein in dem S-förmigen Dicht band (5) gespeichert ist,
daß als Auslösevorrichtung für die Änderung des Schalt zustandes des Ventils eine Wippe (3) in dem Ventilraum (1 a) vorgesehen ist,
daß nach der Auslösung des Schaltvorganges des Ventils durch die Wippe mittels des S-förmigen Dichtbandes selbsttätig eine Durchmesseränderung der beiden geboge nen Halb-Teile des S-förmigen Dichtbandes erfolgt,
daß dadurch eine Umkehrung der jeweils unterschiedli chen Größe der ersten und der zweiten Federkraft des S-förmigen Dichtbandes erzeugbar ist - die Summe der ersten und der zweiten Federkraft bleibt dabei gleich groß - , daß derart die beiden Schaltzustände des Ventils verursacht durch das S-förmige Dichtband jeweils in einem stabilen Ruhezustand verharren und daß schließlich die Begrenzungsfläche von der Oberfläche (3 a) der Wippe gebildet wird, die aus einer zur Dicht fläche (Seitenwand 1 b) parallelen Lage um kleine Winkel (a ₁, α ₂) in beiden Drehrichtungen bewegbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilraum (1 a) einen rechtwinkligen Quer schnitt besitzt.

3. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkel (α ₁, α ₂) der Wippe (3) nach beiden Seiten etwa 1 Grad bis 5 Grad ausmachen.

4. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Wippe (3) in ihrer dem geschlossenen Ventil zugeordneten Stellung haltende Rückstellfeder (4) vorgesehen ist.

5. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (13, 14, 24, 25) für die Wippe (3) vorgesehen ist.

6. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußöffnung (1 g) des Ventils an einer Seiten wand und die Abflußöffnung (1 f) an der durch das Dichtband verschließbaren Oberseite des rechteckigen Ventilraumes (1 a) angeordnet ist.

7. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Seiten des Ventilraums (1 a) Zufluß öffnungen (1 g) angeordnet sind und daß mehrere neben einander liegende Ventilgehäuse (1) zu einem Ventilsatz verbunden sind.

8. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ventile zusammengeschaltet sind und daß sie über eine gemeinsame Eingangsversorgung verfügen.

9. Ventil nach den Ansprüchen 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgängen der Ventile unterschiedliche Schaltzustände herrschen.

10. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtband (5) aus Metall besteht.

11. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtband aus einer amorphen Metallegierung besteht.