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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil und insbesondere ein Sicherheitsventil,
das sich speziell, obgleich nicht ausschließlich zur Verwendung als Sicherheitsventil
zur Steuerung der Strömung
von Brenngas zu einer gasbetriebenen Vorrichtung eignet, obgleich
es nicht auf diese Verwendung beschränkt ist.
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Sicherheitsventile,
die üblicherweise
zum Steuern der Zufuhr von Brenngas zu einer gasbetriebenen Vorrichtung,
wie z. B. ein gasbetriebenes Heizgerät, ein gasbetriebener Ofen,
ein gasbetriebener Herd oder dergleichen, verwendet werden, umfassen üblicherweise
ein elektromagnetisch betätigtes
Ventil. Derartige Ventile haben ein Ventilgehäuse, das eine hohle innere
Ventilkammer ausbildet. In die Ventilkammer hinein ist eine Einlassöffnung vorgesehen,
während
aus der Ventilkammer heraus eine Auslassöffnung vorgesehen ist. Ein
Ventilsitz ist in der Ventilkammer zwischen der Einlassöffnung und der
Auslassöffnung
ausgebildet und bildet einen Verbindungsdurchgang zwischen der Einlassöffnung und
der Auslassöffnung.
Ein in der Ventilkammer angeordnetes Ventilelement wirkt mit dem
Ventilsitz zusammen, um den Verbindungsdurchgang zu verschließen und
so wiederum das Ventil zu schließen. Eine Magnetspule, die
bei Erregung mit dem Ventilelement zusammenwirken kann, drückt das
Ventilelement außer
Anlage mit dem Ventilsitz, um den Verbindungsdurchgang zur Öffnung des
Ventils zu öffnen.
Triebmittel, üblicherweise
eine Druckfeder, drücken
das Ventilelement in Anlage mit dem Ventilsitz, wenn die Magnetspule
nicht mehr erregt wird. Im allgemeinen werden aus Sicherheitsgründen in
einer Brenngasleitung üblicherweise
zwei derartige Magnetventile hintereinander angeordnet, so dass
für den
Fall, dass eines der Magnetventile bei der Trennung der gasbetriebenen
Vorrichtung von der Brenngasversorgung versagt, wenigstens eines
der Magnetventile funktionieren sollte.
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Im
allgemeinen ist das Ventilelement fest an einem Magnetkörper der
Magnetspule angebracht, so dass eine Veränderung der Intensität des durch die
Magnetspule erzeugten Magnetfeldes eine Bewegung des Magnetkörpers und
wiederum des Ventilelements bewirkt, um das Ventil zu öffnen und
zu schließen.
Im allgemeinen wird das Ventilelement durch eine Feder in die Schließstellung
gedrückt,
und so muss, um das Ventil offen zu halten, dem Solenoidmagneten
kontinuierlich Strom zugeführt
werden, und zwar solange das Ventil offen bleiben soll. Außerdem muss
das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld ausreichend stark sein,
um das Ventilelement entgegen der Wirkung der Druckfeder, durch die
das Ven tilelement in Anlage mit dem Ventilsitz gedrückt wird,
offen zu halten. Dies erfordert im allgemeinen einen relativ hohen
durch die Magnetspule fließenden
Strom, was zu einer Erwärmung
des Ventils aufgrund einer Dissipation von Energie aus der Magnetspule
führt,
die in der Größenordnung
von 4 bis 5 Watt und in vielen Fällen
sogar darüber
liegen kann. Darüber
hinaus sind derartige Magnetventile häufig relativ geräuschvoll,
da das Ventilelement zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung
hin- und hergedrückt
wird.
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Das
US-Patent Nr. 2,850,030 von Guelson beschreibt ein thermoelektrisch
gesteuertes Sicherheitsventil zur Steuerung der Zufuhr von Brenngas
zu einem Gasbrenner. Das Sicherheitsventil von Guelson umfasst ein
Gehäuse,
das eine Ventilkammer bildet, der durch eine Einlassöffnung Brenngas
zugeführt
wird und aus der dem Brenner durch eine Hauptauslassöffnung Brenngas
zugeführt
wird. Ebenso wird Brenngas durch eine Zündauslassöffnung einer Zünddüse zugeführt. Ein
erstes Ventilelement, das mit einem ersten Ventilsitz in der Ventilkammer
zusammenwirkt und durch eine Feder in Anlage mit demselben gedrückt wird,
steuert die Zufuhr von Brenngas an die Hauptauslassöffnung und
führt ferner
der Zündauslassöffnung Brenngas
zu. Ein erstes Ventilelement, das mit einem ersten Ventilsitz in der
Ventilkammer zusammenwirkt und durch eine Feder in Anlage mit demselben
gedrückt
wird, steuert die Zufuhr von Brenngas in eine Zwischenkammer. Ein
zweites Ventilelement, das mit einem zweiten Ventilsitz in der Ventilkammer
zusammenwirken kann und durch eine Feder in Anlage mit demselben
gedrückt
wird, steuert in Verbindung mit dem ersten Ventilelement die Zufuhr
von Brenngas an die Hauptauslassöffnung.
Das zweite Ventilelement ist mechanisch an das erste Ventilelement
gekoppelt und kann sich relativ zu dem ersten Ventilelement begrenzt
bewegen. Eine Druckfeder, die zwischen dem ersten Ventilelement
und dem zweiten Ventilelement wirkt, drückt auch das zweite Ventilelement
in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz. Die begrenzte Relativbewegung
ermöglicht
ein Lösen
des ersten Ventilelements aus dem ersten Ventilsitz bevor es zu
einem Lösen des
zweiten Ventilelements aus dem zweiten Ventilsitz kommt. Ein Zündventilelement,
das mit einem Zündventilsitz
in dem ersten Ventilelement zusammenwirkt und durch eine Feder in
Anlage mit dem Zündventilsitz
gedrückt
wird, steuert die Zufuhr von Brenngas an die Zündauslassöffnung vor dem Lösen des
ersten Ventilelements aus dem ersten Ventilsitz.
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Eine
manuell betätigbare
Schubstange erstreckt sich in die Ventilkammer hinein und kann durch
einen Elektromagneten magnetisch mit dem Hauptventilelement gekoppelt
werden. Wenn sie manuell in die Ventilkammer gedrückt wird,
wirkt die Schubstange mit dem Zündventilelement
zusammen, um das Zündventilelement
aus dem Zündventilsitz
zu lösen
und so eine anfängliche
Zufuhr von Brenngas an die Zündauslassöffnung vorzusehen. Die
manuell betätigbare
Schubstange wird durch eine Feder aus der Ventilkammer gedrückt, und
bei einer magnetischen Kopplung mit dem ersten Ventilelement überwindet
die auf die Schubstange nach außen
ausgeübte
Federkraft die Federkraft, die das erste und das zweite Ventilelement
auf den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz drückt, um so das erste und das
zweite Ventilelement aus dem ersten bzw. dem zweiten Ventilsitz
zu lösen.
Der Elektromagnet wird in Reaktion auf Wärme aus der Zündflamme
erregt, um die Schubstange und das erste Ventilelement magnetisch
gekoppelt zu halten und so dem Brenner durch die Hauptauslassöffnung Brenngas zuzuführen. Beim
Löschen
der Zündflamme
wird der Elektromagnet nicht mehr erregt, wodurch das erste Ventilelement
von der Schubstange entkoppelt wird, so dass das erste und das zweite
Ventilelement auf den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz gedrückt werden,
um die Zufuhr von Brenngas sowohl zur Hauptauslassöffnung als
auch zur Zündauslassöffnung abzusperren.
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Demzufolge
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ventil und insbesondere
ein Sicherheitsventil vorzusehen, das sich speziell zur Verwendung mit
Brenngas eignet und die Schwierigkeiten bekannter Arten von Ventilen überwindet.
Darüber
hinaus ist es auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ventil
für andere
Verwendungen vorzusehen, das die Schwierigkeiten bekannter Ventile überwindet.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein solches Ventil vorzusehen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Ventil vorgesehen, umfassend ein Ventilgehäuse, das eine Ventilkammer
bildet, wobei die Ventilkammer eine Einlasskammer und eine Auslasskammer
bildet, einen ersten Ventilsitz, der die Einlasskammer von der Auslasskammer
trennt und einen ersten Verbindungsdurchgang bildet, der die Einlasskammer
mit der Auslasskammer verbindet, ein erstes Ventilelement in der
Ventilkammer, das mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkt, um wahlweise
den ersten Verbindungsdurchgang zum Trennen der Auslasskammer von
der Einlasskammer zu verschließen,
einen zweiten Ventilsitz, der in der Auslasskammer stromabwärts des
ersten Ventilsitzes angeordnet ist, wobei der zweite Ventilsitz
die Auslasskammer in eine stromaufwärtige Kammer und eine stromabwärtige Kammer
unterteilt und einen zweiten Verbindungsdurchgang bildet, der die stromabwärtige Kammer mit
der stromaufwärtigen
Kammer verbindet, ein zweites Ventilelement, das in der Auslasskammer
zusammenwirkend mit dem zweiten Ventilsitz vorgesehen ist, um den
zweiten Verbindungsdurchgang zum Trennen der stromabwärtigen Kammer
von der stromaufwärtigen
Kammer zu verschließen,
wobei das zweite Ventilelement mit dem ersten Ventilelement gekoppelt
ist, Antriebsmittel, die lösbar
magnetisch mit dem ersten Ventilelement koppelbar sind, um das erste
Ventilelement und das zweite Ventilelement außer Anlage mit dem ersten Ventilsitz
bzw. dem zweiten Ventilsitz zu bringen, um den ersten Verbindungsdurchgang
für eine
Verbindung der Einlasskammer mit der Auslasskammer bzw. den zweiten
Verbindungsdurchgang für
eine Verbindung der stromabwärtigen
Kammer mit der stromaufwärtigen Kammer
zu öffnen,
wobei die Antriebsmittel und das erste Ventilelement wahlweise voneinander
entkoppelbar sind, und erste Triebmittel, die dazu vorgesehen sind,
das erste Ventilelement in Anlage mit dem ersten Ventilsitz und
das zweite Ventilelement in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz zu
drängen,
wenn das erste Ventilelement von den Antriebsmitteln entkoppelt
ist, wobei das zweite Ventilelement lösbar magnetisch mit dem ersten
Ventilelement koppelbar ist und zweite Triebmittel dazu vorgesehen
sind, um das zweite Ventilelement in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz
zu drücken,
wenn das zweite Ventilelement von dem ersten Ventilelement entkoppelt
ist.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das zweite Ventilelement wahlweise von dem ersten
Ventilelement entkoppelbar. Vorzugsweise ist das zweite Ventilelement
wahlweise von dem ersten Ventilelement unabhängig von einer Entkopplung
des ersten Ventilelements von den Antriebsmitteln entkoppelbar.
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Vorzugsweise
werden das erste und das zweite Ventilelement sequentiell außer Anlage
mit dem ersten bzw. dem zweiten Ventilsitz durch die Antriebsmittel
gedrängt
werden, wenn das erste und das zweite Ventilelement jeweils magnetisch
mit den Antriebsmitteln gekoppelt wird.
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Vorteilhafterweise
wird das erste Ventilelement außer
Anlage mit dem ersten Ventisitz gedrückt, bevor das zweite Ventilelement
aus der Anlage mit dem zweiten Ventilsitz gedrückt wird.
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Vorteilhafterweise
wird das erste Ventilelement an einem Hauptträgerelement gehalten, und die
Antriebsmittel sind mit einem ersten Sekundärträgerelement in Wechselwirkung
bringbar, wobei das erste Sekundärträgerelement
mit dem Hauptträgerelement
einen magnetischen Kreis bildet, und erste Magnetfeld-Erzeugungsmittel
sind vorgesehen, um wahlweise ein Magnetfeld zur wahlweisen Kopplung des
Hauptträgerelements
und des ersten Sekundärträgerelements
zu erzeugen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein zweites Sekundärträgerelement vorgesehen, um das
zweite Ventilelement zu tragen, wobei das zweite Sekundärträgerelement
mit dem Hauptträgerelement
einen magnetischen Kreis bildet, um das lösbare magnetische Koppeln des
zweiten Sekundärträgerelements
mit dem Hauptträgerelement
zu ermöglichen.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind zweite Magnetfeld-Erzeugungsmittel zum wahlweisen
magnetischen Koppeln des zweiten Sekundärträgerelements mit dem Hauptträgerelement
unabhängig
von der magnetischen Kopplung des Hauptträgerelements mit dem ersten
Sekundärträgerelement
vorgesehen.
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Vorzugsweise
sind die zweiten Triebmittel zwischen dem Hauptträgerelement
und dem zweiten Sekundärträgerelement
wirksam, und vorteilhafterweise ist das zweite Ventilelement federnd
an dem zweiten Sekundärträgerelement
angebracht, um eine Relativbewegung zwischen dem zweiten Sekundärträgerelement
und dem zweiten Ventilelement zu ermöglichen, um ein Lösen der
Anlage des ersten Ventilelements von dem ersten Ventilsitz zu ermöglichen, bevor
die gegenseitige Anlage des zweiten Ventilelements von dem zweiten
Ventilsitz gelöst
wird.
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Vorzugsweise
sind alle Magnetfeld-Erzeugungsmittel elektrisch betriebene Magnetfeld-Erzeugungsmittel.
Vorteilhafterweise sind elektrisch leitende Verbindungsmittel vorgesehen,
um alle Magnetfeld-Erzeugungsmittel mit einer elektrischen Energieversorgung
außerhalb
des Ventils zu verbinden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die ersten und die zweiten Magnetfeld-Erzeugungsmittel
jeweils unabhängig
voneinander mit der externen Energieversorgung durch die elektrisch
leitenden Verbindungsmittel verbunden.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung weisen die ersten Magnetfeld-Erzeugungsmittel eine
erste elektromagnetische Spule auf, die dem Hauptträgerelement
und dem ersten Sekundärträgerelement
zugeordnet ist.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfassen die zweiten Magnetfeld-Erzeugungsmittel eine
zweite elektromagnetische Spule, die dem Hauptträgerelement und dem zweiten
Sekundärträgerelement
zugeordnet ist.
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Alternativ
dazu koppeln die ersten Magnetfeld-Erzeugungsmittel wahlweise das
zweite Sekundärträgerelement
mit dem Hauptträgerelement.
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Vorteilhafterweise
wirken die ersten Triebmittel zwischen dem Ventilgehäuse und
dem Hauptträgerelement,
um das erste Ventilelement in Anlage mit dem ersten Ventilsitz zu
drängen,
und vorzugsweise umfassen die ersten Triebmittel ein Paar erster Druckfedern.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die jeweiligen ersten Druckfedern elektrisch
leitend und gegenseitig elektrisch isoliert, um als die Verbindungsmittel
zum Verbinden der ersten Magnetfeld-Erzeugungsmittel mit der externen
elektrischen Energieversorgung zu wirken.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
Erfindung verbinden die jeweiligen ersten Druckfedern die ersten
und die zweiten Magnetfeld-Erzeugungsmittel jeweils mit der externen
elektrischen Energieversorgung.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die ersten Druckfedern konzentrisch angebracht.
Vorzugsweise umfassen die zweiten Triebmittel eine zweite Druckfeder.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Ventilkammer eine längliche Kammer, und das Hauptträgerelement
ist ein längliches
Element, das in Längsrichtung
in der Ventilkammer durch den ersten Verbindungsdurchgang von der
Einlasskammer zu der Auslasskammer verläuft. Vorzugsweise hat die Ventilkammer
einen kreisförmigen
Querschnitt und definiert eine in Längsrichtung verlaufende Hauptmittelachse,
und das Hauptträgerelement
ist koaxial zu der Hauptmittelachse angeordnet.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die Einlasskammer eine Querschnittsfläche auf,
die größer ist
als die der Auslasskammer, und der erste Ventilsitz ist durch einen
Stufenübergang
in der Querschnittsfläche
der Ventilkammer zwischen der Auslasskammer und der Einlasskammer
ausgebildet.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Querschnittsfläche der stromaufwärtigen Kammer
größer als
die der stromabwärtigen Kammer,
und der zweite Ventilsitz ist durch einen Stufenübergang in der Querschnittsfläche der
Auslasskammer zwischen der stromabwärtigen Kammer und der stromaufwärtigen Kammer
ausgebildet.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung bildet das Ventilgehäuse eine offene Mündung in
die Ventilkammer mit einer Querschnittsfläche aus, die ausreicht, um
das erste und das zweite Ventilelement in die Ventilkammer aufzunehmen,
und eine Stirnkappe, die auf abdichtende Weise mit dem Ventilgehäuse in Eingriff
gebracht werden kann, verschließt die
offene Mündung.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung erstreckt sich das erste Ventilelement um das Hauptträgerelement
herum. Vorteilhafterweise sind das erste und das zweite Hauptträgerelement
an den entsprechenden entgegengesetzten Enden des Hauptträgerelements
angeordnet.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfassen die Antriebsmittel einen Antriebsmotor und ein
Gewindegetriebe zwischen dem Antriebsmotor und dem ersten Sekundärträgerelement.
Vorzugsweise ist die Antriebswelle des Antriebsmotors mit einem
Gewinde versehen, so dass sie mit einer mit einem korrespondierenden
Gewinde versehenen Bohrung in dem ersten Sekundärträgerelement in Eingriff gebracht
werden kann, um das Gewindegetriebe auszubilden. Vorteilhafterweise
bilden der Antriebsmotor und das Gewindegetriebe eine Drehachse,
die mit der Hauptmittelachse der Ventilkammer zusammenfällt.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung führen
Führungsmittel
das erste Sekundärträgerelement
in der Ventilkammer, um eine Drehung desselben zu verhindern, wenn
sich das Gewindegetriebe dreht, um das erste Sekundärträgerelement
entlang der Hauptmittelachse in Längsrichtung zu treiben.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Hauptauslassöffnung in dem Ventilgehäuse angeordnet,
die mit der stromabwärtigen
Kammer der Auslasskammer in Verbindung steht, und vorteilhafterweise
ist eine zweite Auslassöffnung
in dem Ventilgehäuse
vorgesehen, die mit der stromaufwärtigen Kammer der Auslasskammer
in Verbindung steht, und idealerweise ist eine Einlassöffnung in dem
Ventilgehäuse
vorgesehen, die mit der Einlasskammer in Verbindung steht.
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Idealerweise
ist der Antriebsmotor ein Schrittmotor und umfasst vorzugsweise
einen Dauermagnetrotor, der an dem Getriebe befestigt ist, wobei der
Rotor in der Ventilkammer angeordnet ist, und wobei ein Stator,
der eine Vielzahl von elektromagnetischen Statorspulen umfasst,
radial um den Rotor herum angeordnet und auf dichte Weise von dem
Rotor isoliert ist. Vorteilhafterweise sind die Statorspulen in
der Stirnkappe angeordnet.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Ventil dazu geeignet, die Strömung eines
Fluides durch dieses hindurch zu steuern.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Ventil dazu geeignet, die Strömung eines
Gases durch dieses hindurch zu steuern.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Ventil dazu geeignet, die Strömung von
Brenngas durch dieses hindurch zu steuern.
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In
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist die zweite Auslassöffnung
dazu geeignet, eine Verbindung zu einer Zündflammendüse einer gasbetriebenen Vorrichtung
herzustellen, und die Hauptauslassöffnung ist zur Verbindung mit
einem Hauptbrenner der Gasvorrichtung geeignet.
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Die
Erfindung hat viele Vorteile. Ein besonders großer Vorteil der Erfindung liegt
darin, dass das erfindungsgemäße Ventil
insbesondere als Sicherheitsventil zur Verwendung bei der Zufuhr
von Brenngas an eine Gasvorrichtung geeignet ist. Insbesondere sieht
das erfindungsgemäße Ventil
ein On/Off-Ventil vor, das ein Sicherheitsmerkmal enthält, das
im Notfall die sofortige Unterbrechung der Brenngaszufuhr zur Gasvorrichtung
ermöglicht.
Der Grund hierfür
liegt darin, dass das erste und das zweite Ventilelement wahlweise
von den Antriebsmitteln entkoppelt werden können, um das erste und das zweite
Ventilelement unverzüglich
auf den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz drücken zu können. Wenn die ersten Magnetfeld-Erzeugungsmittel
allein vorgesehen sind, werden das erste und das zweite Ventilelement
gleichzeitig unmittelbar von den Antriebsmitteln entkoppelt, wenn
die ersten Magnetfeld-Erzeugungsmittel nicht mehr erregt werden,
wodurch ermöglicht
wird, dass das erste und das zweite Ventilelement gleichzeitig durch
die Triebmittel in Anlage mit dem ersten bzw. dem zweiten Ventilsitz
gedrückt
werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird erreicht, wenn zweite
Magnetfeld-Erzeugungsmittel
vorgesehen werden, um das zweite Ventilelement magnetisch an die
Antriebsmittel oder das erste Ventilelement zu koppeln, und wenn
die zweiten Magnetfeld-Erzeugungsmittel unabhängig von den ersten Magnetfeld-Erzeugungsmitteln
sind. In diesem Fall können
das erste und das zweite Ventilelement unabhängig voneinander von den Antriebsmitteln
entkoppelt werden, um unabhängig
voneinander wahlweise den ersten und den zweiten Verbindungsdurchgang jeweils
zu verschließen.
Dieser Aspekt der Erfindung bietet einen besonderen Vorteil, wenn
das Ventil mit einer Hauptauslassöffnung versehen ist, wobei
eine Fluidzufuhr zur Hauptauslassöffnung sowohl von dem ersten
als auch von dem zweiten Ventilelement gesteuert wird und eine Fluidzufuhr
zu der zweiten Auslassöffnung
nur von dem ersten Ventilelement gesteuert wird. In diesem Fall
wird durch Entregen der zweiten Magnetfeld-Erzeugungsmittel nur
das zweite Ventilelement von den Antriebsmitteln entkoppelt, um
die Hauptauslassöffnung
von der Fluidzufuhr zu trennen, während das erste Ventilelement
von den ersten Magnetfeld-Erzeugungsmitteln und den Antriebsmitteln
gehalten werden kann, um die Fluidströmung zur zweiten Auslassöffnung zu
gestatten. In den Fällen,
in denen das erfindungsgemäße Ventil vorgesehen
ist, um die Zufuhr von Brenngas an eine gasbetriebene Vorrichtung
zu steuern, kann somit, wenn die Hauptauslassöffnung mit einem Hauptbrenner
der Gasvorrichtung und die zweite Auslassöffnung mit einer Zündflammenzufuhr
für den
Hauptbrenner verbunden ist, die Zufuhr von Brenngas an den Hauptbrenner
in einem Notfall dadurch gesperrt werden, dass die zweiten Magnetfeld-Erzeugungsmittel
nicht mehr erregt werden, während
der Zündflammendüse durch
die zweite Auslassöffnung
immer noch Brenngas zugeführt
werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass nur wenig Energie in dem
Ventil in Form von Wärme dissipiert
wird und außerdem
der Energiebedarf des Ventils deutlich unter dem liegt, der für ein Magnetventil
erforderlich wäre.
Darüber
hinaus ist die Betätigung
des Ventils im Vergleich zu herkömmlichen Magnetventilen
relativ ruhig, und das Ventil kann betätigt werden, um den Fluidfluss
durch dasselbe hindurch ohne eine mechanische Hysterese zu regulieren.
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Die
Erfindung geht aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter
Ausführungsbeispiele
derselben deutlicher hervor, wobei diese rein beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
angeführt
sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ventils im Schnitt,
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2 eine
der 1 ähnliche
Ansicht des Ventils der 1 in einer anderen Stellung,
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3 eine
der 1 ähnliche
Ansicht des Ventils der 1 in einer noch anderen Stellung,
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4 eine
der 1 ähnliche
Ansicht des Ventils der 1 in einer nochmals anderen
Stellung,
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5 eine
der 1 ähnliche
Ansicht eines Ventils gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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6 eine
der 5 ähnliche
Ansicht des Ventils der 5 in einer anderen Stellung,
und
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7 eine
der 5 ähnliche
Ansicht des Ventils der 5 in einer weiteren anderen
Stellung.
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Im
folgenden wird auf die Zeichnungen und zunächst auf die 1 bis 4 Bezug
genommen, in denen ein Ventil gemäß der Erfindung dargestellt ist,
das allgemein das Bezugszeichen 1 hat und insbesondere
dazu geeignet ist, eine Brenngaszufuhr zu einer gasbetriebenen Vorrichtung,
z. B. eine gasbetriebene Heizung, ein gasbetriebener Ofen, ein gasbetriebener
Herd oder dergleichen, zu schalten, wobei keine dieser Vorrichtungen
gezeigt ist. Das Ventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2 aus
einem beliebigen geeigneten Material, üblicherweise Aluminium, wobei
das Gehäuse
eine längliche
Ventilkammer 3 mit einer kreisförmigen gestuften Querschnittsfläche bildet,
die eine Hauptmittelachse 4 definiert. Eine Einlassöffnung 5 der
Ventilkammer 3 nimmt Brenngas in die Ventilkammer 3 auf,
und eine Hauptauslassöffnung 6 und
eine zweite Auslassöffnung 7 lassen Brenn gas
aus der Ventilkammer 3 ab. Üblicherweise ist die Hauptauslassöffnung 6 dazu
geeignet, einem Hauptbrenner der gasbetriebenen Vorrichtung Brenngas
zuzuführen,
während
die zweite Auslassöffnung 7 dazu
geeignet ist, einer Zünddüse der gasbetriebenen
Vorrichtung eine Zündzufuhr
von Brenngas zuzuführen.
Dies wird nachstehend detaillierter beschrieben. Das Ventilgehäuse 2 definiert
eine offene Mündung 10 in
die Ventilkammer 3, die durch eine Stirnkappe 11 dicht
verschlossen ist. Ein Dichtungsprofil 12 dichtet die Stirnkappe 11 zum
Ventilgehäuse 2 hin
ab.
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Ein
erster Ventilsitz 15 ist in der Ventilkammer 3 an
einem Stufenübergang
im Durchmesser der Ventilkammer 3 durch eine ringförmige Lippe 16 ausgebildet,
die sich am Stufenübergang
des Durchmessers von dem Ventilgehäuse 2 in die Ventilkammer 3 erstreckt.
Der erste Ventilsitz 15 unterteilt die Ventilkammer 3 in
eine Einlasskammer 17, mit der die Einlassöffnung 5 in
Verbindung steht, und in eine Auslasskammer 18, aus der
sich die Hauptauslassöffnung 6 und
die zweite Auslassöffnung 7 erstrecken. Der
erste Ventilsitz 15 definiert ferner einen ersten Verbindungsdurchgang 19,
der die Einlasskammer 17 mit der Auslasskammer 18 verbindet.
Ein zweiter Ventilsitz 20 ist in der Auslasskammer 18 durch
eine ringförmige
Lippe 21 ausgebildet, die sich an einem weiteren Stufenübergang
des Durchmessers der Ventilkammer 3 von dem Ventilgehäuse 2 in
die Auslasskammer 18 erstreckt. Der zweite Ventilsitz 20 unterteilt
die Auslasskammer 18 in eine stromaufwärtige Kammer 23, aus
der sich die zweite Auslassöffnung 7 erstreckt,
und in eine stromabwärtige
Kammer 24, aus der sich die Hauptauslassöffnung 6 erstreckt.
Der zweite Ventilsitz 20 definiert ferner einen zweiten
Verbindungsdurchgang 25, der die stromaufwärtige Kammer 23 mit
der stromabwärtigen
Kammer 24 verbindet.
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Trägermittel,
die ein Hauptträgerelement 30 und
ein Paar erster und zweiter Sekundärträgerelemente 31 und 32 umfassen,
die jeweils an den entgegengesetzten Enden des Hauptträgerelements 30 angeordnet
sind, sind in der Ventilkammer 3 angeordnet, und das Hauptträgerelement 30 trägt ein erstes
Ventilelement 35 zum Zusammenwirken mit dem ersten Ventilsitz 15,
um den ersten Verbindungsdurchgang 19 zum Abtrennen der
Hauptauslassöffnung 6 und
der zweiten Auslassöffnung 7 von
der Einlassöffnung 5 wahlweise
zu verschließen.
Das zweite Sekundärträgerelement 32 trägt ein zweites Ventilelement 36 zum
Zusammenwirken mit dem zweiten Ventilsitz 20, um den zweiten
Verbindungsdurchgang 25 zum Abtrennen der Hauptauslassöffnung 6 von
der Einlassöffnung 5 und
ferner von der zweiten Auslassöffnung 7 wahlweise
zu verschließen.
Das Hauptträgerelement 30 und
das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 haben
einen kreisförmigen
Querschnitt und sind entlang der Hauptmittelachse 4 koaxial
in der Ventilkammer 3 angeordnet.
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Antriebsmittel,
die einen Antriebsmotor 38 umfassen, der in der Stirnkappe 11 untergebracht
ist, wie dies nachstehend beschrieben wird, treiben das Hauptträgerelement 30 durch
ein Gewindegetriebe 39 axial in die Ventilkammer 3,
um wiederum das erste Ventilelement 35 und das zweite Ventilelement 36 von
dem ersten Ventilsitz 15 bzw. dem zweiten Ventilsitz 20 zu
lösen oder
sie in Anlage mit denselben zu drücken, um den ersten Verbindungsdurchgang 19 bzw.
den zweiten Verbindungsdurchgang 25 zu öffnen oder zu schließen. Eine
Antriebswelle 42 des Antriebsmotors 38 ist bei 43 mit
einem Gewinde versehen und wirkt mit einer mit einem Gewinde versehenen
Bohrung 44 zusammen, die sich durch das erste Sekundärträgerelement 31 erstreckt,
um so das Gewindegetriebe 39 zu bilden. Führungsmittel,
die einen Führungsstift 40 umfassen,
erstrecken sich von der Stirnkappe 11 nach unten in die
Ventilkammer 3 und kommen verschiebbar mit einer entsprechenden Bohrung 41 in
dem ersten Sekundärträgerelement 31 in
Eingriff, um das erste Sekundärträgerelement 31 in der
Ventilkammer 3 zu führen,
um eine Drehung des ersten Sekundärträgerelements 31 beim
Antrieb des ersten Sekundärträgerelements 31 und
des Hauptträgerelements 30 durch
den Antriebsmotor 38 zu verhindern.
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Das
erste Ventilelement 35 ist durch eine ringförmige Dichtung 45 gebildet,
die sich um das Hauptträgerelement 30 erstreckt,
und wird auf einem sich radial erstreckenden Flansch 46 getragen,
der sich entlang dem Umfang um das Hauptträgerelement 30 erstreckt.
Das zweite Ventilelement 36 umfasst eine Dichtscheibe 47,
die auf einer Trägerscheibe 48 getragen
wird. Die Trägerscheibe 48 wird
wiederum auf dem zweiten Sekundärträgerelement 32 getragen,
wie dies nachstehend beschrieben wird.
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Das
Hauptträgerelement 30 ist
aus einem einzelnen zylindrischen Element aus einem magnetischen
Material, üblicherweise
Stahl, maschinell hergestellt und umfasst eine äußere stromaufwärtige Hülse 50 und
eine äußere stromabwärtige Hülse 51, die
sich von einem zentralen Gehäuseelement 52, von
dem sich der Flansch 46 erstreckt, in entgegengesetzte
Richtungen erstrecken. Ein stromaufwärtiges Kernelement 54 erstreckt
sich ab dem zentralen Gehäuseelement 52 innerhalb
der äußeren stromaufwärtigen Hülse 50,
während
sich ein stromabwärtiges
Kernelement 55 von dem zentralen Gehäuseelement 52 innerhalb
der äußeren stromabwärtigen Hülse 51 erstreckt.
Eine stromaufwärtige
zentrale Bohrung 58 erstreckt sich in das stromaufwärtige Kernelement 54,
während
sich eine stromabwärtige zentrale
Bohrung 59 in das stromabwärtige Kernelement 55 erstreckt.
Die äußere stromaufwärtige Hülse 50 und
die äußere stromabwärtige Hülse 51,
das stromaufwärtige
Kernelement 54 und das stromabwärtige Kernelement 55,
die stromaufwärtige
zentrale Bohrung 58 und die stromabwärtige zentrale Bohrung 59 und
das zentrale Gehäuseelement 52 sind alle
koaxial sowie koaxial zur Hauptmittelachse 4 des Ventilgehäuses 2.
Das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 sind ebenfalls
aus einem magnetischen Material, üblicherweise Stahl, und stoßen an entsprechenden
Enden der äußeren stromaufwärtigen Hülse 50 bzw.
der äußeren stromabwärtigen Hülse 51 und
dem stromaufwärtigen
Kernelement 54 bzw. dem stromabwärtigen Kernelement 55 an
und bilden mit den jeweiligen Hülsen 50 und 51 und
den Kernelementen 54 und 55 einen Magnetkreis.
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Erste
Magnetfeld-Erzeugungsmittel, die eine erste elektromagnetische Spule 60 umfassen,
koppeln wahlweise das erste Sekundärträgerelement 31 magnetisch
mit dem Hauptträgerelement 30,
und zweite Magnetfeld-Erzeugungsmittel, die eine zweite elektromagnetische
Spule 61 umfassen, koppeln wahlweise das zweite Sekundärträgerelement 32 magnetisch
mit dem Hauptträgerelement 30,
so dass das erste Ventilelement 35 und das zweite Ventilelement 36 von
dem Antriebsmotor 38 in Richtung des Pfeils A gedrückt werden
können,
um den ersten Durchgang 19 bzw. den zweiten Durchgang 25 zu öffnen, sowie
in Richtung des Pfeils B, um den ersten Verbindungsdurchgang 19 bzw.
den zweiten Verbindungsdurchgang 25 zu schließen. Die
erste elektromagnetische Spule 60 und die zweite elektromagnetische
Spule 61 sind in dem Hauptträgerelement 30 angeordnet
und auf einen ersten Spulenkörper 63 bzw.
auf einen zweiten Spulenkörper 64 aufgewickelt,
die sich um das entsprechende stromaufwärtige Kernelement 54 bzw.
das entsprechende stromabwärtige
Kernelement 55 erstrecken, in Kreisringen, die zwischen
der entsprechenden stromaufwärtigen Hülse 50 bzw.
der stromabwärtigen
Hülse 51 und dem
stromaufwärtigen
Kernelement 54 bzw. dem stromabwärtigen Kernelement 55 ausgebildet
sind. Die erste Spule 60 induziert ein Magnetfeld in dem Magnetkreis,
der von dem Hauptträgerelement 30 und
dem ersten Sekundärträgerelement 31 gebildet ist,
um das erste Sekundärträgerelement 31 mit
dem Hauptträgerelement 30 magnetisch
gekoppelt zu halten, wäh rend
die erste Spule 60 elektrisch gespeist wird. Die zweite
Spule 61 induziert ein Magnetfeld in dem Magnetkreis, der
von dem Hauptträgerelement 30 und
dem zweiten Sekundärträgerelement 32 gebildet
ist, um das zweite Sekundärträgerelement 32 mit
dem Hauptträgerelement 30 magnetisch
gekoppelt zu halten, während
die zweite Spule 61 elektrisch gespeist wird.
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Erste
Triebmittel, die ein Paar konzentrischer erster Druckfedern umfassen,
nämlich
eine erste innere Druckfeder 65 und eine erste äußere Druckfeder 66,
drücken
das Hauptträgerelement 30 axial
in Richtung des Pfeils B, um wiederum das erste Ventilelement 35 und
das zweite Ventilelement 36 in Anlage mit dem ersten Ventilsitz 15 bzw.
dem zweiten Ventilsitz 20 zu drücken, um den ersten Verbindungsdurchgang 19 und
den zweiten Verbindungsdurchgang 25 zu verschließen, wenn
die erste Spule 60 und die zweite Spule 61 nicht
mehr erregt werden und das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 von
dem Hauptträgerelement 30 magnetisch
entkoppelt werden. Die erste innere Druckfeder 65 und die
erste äußere Druckfeder 66 sind
konzentrisch zur Hauptmittelachse 4 und wirken zwischen
der Stirnkappe 11 und dem Hauptträger 30, um das erste
Ventilelement 35 und das zweite Ventilelement 36 in
Anlage mit dem ersten Ventilsitz 15 bzw. dem zweiten Ventilsitz 20 zu
drücken.
Die erste innere Druckfeder 65 und die erste äußere Druckfeder 66 sind
elektrisch leitend und dienen ferner als Leitungsmittel, um die
erste Spule 60 und die zweite Spule 61 jeweils
unabhängig
mit einem entsprechenden ersten äußeren Anschlusspunkt 68 bzw.
einem zweiten äußeren Anschlusspunkt 69 zu
verbinden, um der ersten Spule 60 bzw. der zweiten Spule 61 wahlweise
und unabhängig elektrischen
Strom zuzuführen.
Ein erstes Verbindungselement 78 und ein zweites Verbindungselement 79,
die sich durch die Dichtung 12 erstrecken, verbinden die
erste innere Druckfeder 65 und die erste äußere Druckfeder 66 mit
dem entsprechenden ersten äußeren Anschlusspunkt 68 bzw.
dem zweiten äußeren Anschlusspunkt 69.
Die Dichtung 12 ist aus einem elektrisch isolierenden Material.
Ein erster elektrischer Leiter 73 und ein zweiter elektrischer
Leiter 74 erstrecken sich durch entsprechende Schlitze 75 und 76 in
dem Hauptträgerelement 30,
um die erste innere Druckfeder 65 und die erste äußere Druckfeder 66 mit
der entsprechenden ersten Spule 60 bzw. der entsprechenden
zweiten Spule 61 elektrisch zu verbinden. Die erste innere
Feder 65 und die erste äußere Feder 66 stützen sich
auf das entsprechende erste Verbindungselement 78 bzw.
das entsprechende zweite Verbindungselement 79 sowie auf
den entsprechenden ersten Leiter 73 bzw. den entsprechenden
zweiten Leiter 74, um eine elektrische Konti nuität von dem
ersten äußeren Anschlusspunkt 68 zu
der ersten Spule 60 und von dem zweiten äußeren Anschlusspunkt 69 zu
der zweiten Spule 61 vorzusehen. Der erste Leiter 73 und
der zweite Leiter 74 sind gegenüber dem Hauptträgerelement 30 isoliert.
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Die
erste elektromagnetische Spule 60 und die zweite elektromagnetische
Spule 61 sind durch einen ersten Leiter 70 bzw.
einen zweiten Leiter 71 elektrisch mit dem zentralen Gehäuseelement 52 verbunden.
Auf diese Weise werden die elektrischen Kreise zur ersten elektromagnetischen
Spule 60 und zur zweiten elektromagnetischen Spule 61 durch
das zentrale Gehäuseelement 52 und
wiederum durch das Hauptträgerelement 30,
das erste Sekundärträgerelement 31,
die Antriebswelle 42 des Motors 38 und die Stirnkappe 11 geschlossen.
Auf diese Weise wirken die Stirnkappe 11, die Antriebswelle 42,
das erste Sekundärträgerelement 31 und
das Hauptträgerelement 30 als
Masse oder Erde für
die erste Spule 60 und die zweite Spule 61. Demgemäß können die
erste elektromagnetische Spule 60 und die zweite elektromagnetische
Spule 61 wahlweise unabhängig voneinander entregt werden,
um das wahlweise magnetische Entkoppeln des zweiten Sekundärträgerelements 32 von
dem Hauptträgerelement 30 bzw.
des Hauptträgerelementes 30 von
dem ersten Sekundärträgerelement 31 zu
ermöglichen,
um wiederum wahlweise und unabhängig
das zweite Ventilelement 36 in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz 20 und
das erste Ventilelement 35 in Anlage mit dem ersten Ventilsitz 15 zu
drücken.
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Zweite
Triebmittel, die eine zweite Druckfeder 80 umfassen, die
zwischen dem Spulenkörper 64 in
dem Hauptträgerelement 30 und
dem zweiten Sekundärträgerelement 32 wirkt,
drücken
das zweite Sekundärträgerelement 32 weg
von dem Hauptträger 30,
um wiederum das zweite Ventilelement 36 in Anlage mit dem
zweiten Ventilsitz 20 zu drücken, wenn die zweite elektromagnetische
Spule 61 nicht erregt wird und das zweite Sekundärträgerelement 32 magnetisch
von dem Hauptträgerelement 30 entkoppelt
worden ist.
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Die
Trägerscheibe 48,
welche die Abdichtscheibe 47 des zweiten Ventilelements 36 trägt, wird auf
einer Spindel 81 getragen, die sich durch eine Bohrung 84 in
dem zweiten Sekundärträgerelement 32 in
die stromabwärtige
zentrale Bohrung 59 des Hauptträgerelements 30 erstreckt.
Die Spindel 81 kann in der Bohrung 84 und in der
stromabwärtigen zentralen
Bohrung 59 verschoben werden und wird in der stromabwärtigen zentralen
Bohrung 59 in dem Hauptträger 30 durch das magnetische
Feld in dem Hauptträgerelement 30 und
dem zweiten Sekundärträgerelement 32 gehalten,
während
die zweite elektromagnetische Spule 61 erregt wird. Die
Trägerscheibe 48 kann
ebenfalls auf der Spindel 81 verschoben werden, und eine
zweite Druckfeder 85, die zwischen dem zweiten Sekundärträgerelement 32 und
der Trägerscheibe 48 wirkt,
drückt
die Trägerscheibe 48 in
Richtung des freien Endes der Spindel 81, um wiederum das
zweite Ventilelement 36 relativ zu dem zweiten Sekundärträgerelement 32 federnd in
Anlage mit dem zweiten Ventilsitz 20 zu drücken.
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Im
folgenden wird auf den Antriebsmotor 38 Bezug genommen,
der ein Schrittmotor ist und einen Dauermagnetrotor 86 umfasst,
der starr an der Antriebswelle 42 befestigt ist. Die Antriebswelle 42 ist drehbar
in Lagern bei 87 und 88 in einem Formabschnitt 89 der
Stirnkappe 11 gelagert. Vier sich radial erstreckende Statorspulen 90,
die in 90°-Intervallen
um den Rotor 86 herum angeordnet sind, sind außerhalb
des Formabschnittes 89 in der Stirnkappe 11 zur
Drehung des Rotors 86 und wiederum der Antriebswelle 42 angeordnet.
Anschlusspunkte 91, die sich ab der Stirnkappe 11 erstrecken, sind
mit den Statorspulen 90 verbunden, um die Statorspulen 90 zu
erregen. Die Stirnkappe 11 ist so angeordnet, dass eine
Kammer 92 in dem Formabschnitt 89, in der der
Rotor 86 untergebracht ist, vollständig von den Statorspulen 89 abgedichtet ist,
und demzufolge wird Gas, das durch das Lager bei 88 aus
der Ventilkammer 3 strömt,
auf dichte Weise in der Kammer 3 gehalten. Die stromaufwärtige zentrale
Bohrung 58 in dem Hauptträgerelement 30 nimmt
den Gewindeabschnitt 43 der Antriebswelle 42 auf,
wenn das erste Sekundärträgerelement 31 und das
zweite Sekundärträgerelement 32 und
das Hauptträgerelement 30 bei
magnetischer Kopplung durch den Antriebsmotor 38 in die
Richtung des Pfeils A gedrückt
werden, um den entsprechenden ersten Verbindungsdurchgang 19 und
den entsprechenden zweiten Verbindungsdurchgang 25 zu öffnen. Der
Kreisring, der zwischen der stromaufwärtigen äußeren Hülse 50 und dem stromaufwärtigen Kernelement 54 ausgebildet
ist, nimmt auf ähnliche Weise
den Führungsstift 40 auf,
wenn das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 und
das Hauptträgerelement 30 in Richtung
des Pfeils A gedrückt
werden. Eine elektrisch isolierende Scheibe 94 in der Stirnkappe 11 beabstandet
und isoliert den ersten Anschlusspunkt 68 und den zweiten
Anschlusspunkt 69 und die Anschlusspunkte 91 der
Statorspulen voneinander.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise des Ventils 1 beschrieben. Üblicherweise
ist für
den Fall, dass das Ventil 1 vorgesehen ist, um einer gasbetriebenen
Vorrichtung Brenngas zuzuführen,
die Hauptauslassöffnung 6 mit
einem Brenner der gasbetriebenen Vorrichtung verbunden, während die
zweite Auslassöffnung 7 mit
einer Zünddüse verbunden
ist, die dem Brenner der gasbetriebenen Vorrichtung zugeordnet ist.
Eine Brenngasversorgung ist mit der Einlassöffnung 5 verbunden.
Eine elektrische Energieversorgung ist mit den Anschlusspunkten 68, 69 und 91 verbunden.
Die Energieversorgung an die Anschlusspunkte 68 und 69 und
die erste elektromagnetische Spule 60 bzw. die zweite elektromagnetische
Spule 61 erfolgt üblicherweise
durch jeweilige entsprechende Schalter (nicht gezeigt), die beispielsweise
unter der Steuerung entsprechender Thermostate (ebenfalls nicht
gezeigt) zur Überwachung
der Temperatur der gasbetriebenen Vorrichtung betätigt werden.
Die Energieversorgung an die Anschlusspunkte 91 der Statorspulen 90 erfolgt üblicherweise durch
einen Steuerschalter (nicht gezeigt) zur Betätigung des Schrittmotors 38 zum Öffnen und
Schließen
des ersten Verbindungsdurchgangs 19 und des zweiten Verbindungsdurchgangs 25 durch
Lösen des ersten
Ventilelements 35 und des zweiten Ventilelements 36 von
dem ersten Ventilsitz 15 bzw. dem zweiten Ventilsitz 20 bzw.
durch Drücken
des ersten Ventilelements 35 und des zweiten Ventilelements 36 auf
den ersten Ventilsitz 15 bzw. den zweiten Ventilsitz 20 und
ferner zum Regulieren der Brenngasströmung durch den ersten Verbindungsdurchgang 19 und
den zweiten Verbindungsdurchgang 25.
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Bei
normaler Betätigung
werden die erste elektromagnetische Spule 60 und die zweite
elektromagnetische Spule 61 erregt, wodurch das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 mit
dem Hauptträgerelement 30 verbunden
werden. Demzufolge sind bei normaler Betätigung, bei der das Ventil
geschlossen ist, indem das erste Ventilelement 35 und das
zweite Ventilelement 36 mit dem ersten Ventilsitz 15 bzw.
dem zweiten Ventilsitz 20 in Eingriff stehen, die Hauptauslassöffnung 6 und
die zweite Auslassöffnung 7 von
der Haupteinlassöffnung 5 getrennt,
vgl. 1. Wenn das Ventil 1 in dieser Stellung
ist und wenn die erste Spule 60 und die zweite Spule 61 erregt
sind und dadurch das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 magnetisch
mit dem Hauptträgerelement 30 koppeln
und wenn das Ventil geöffnet
werden soll, um die Hauptauslassöffnung 6 und
die zweite Auslassöffnung 7 mit
der Einlassöffnung 5 in
Verbindung zu bringen, wird der Schrittmotor 38 betrieben,
um das Hauptträgerelement 30 in
die Richtung des Pfeils A zu bewegen und wie derum das erste Ventilelement 35 und
das zweite Ventilelement 36 von dem ersten Ventilsitz 15 bzw. dem
zweiten Ventilsitz 20 zu lösen. Aufgrund der zweiten Druckfeder 85,
die das zweite Ventilelement entlang der Spindel 81 in
Anlage mit dem zweiten Ventilsitz 20 drückt, wenn das Hauptträgerelement 30 in
Richtung des Pfeils A gedrückt
wird, löst
sich das erste Ventilelement 35 von dem ersten Ventilsitz 15,
während
das zweite Ventilelement 36 in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz 20 bleibt.
Das zweite Ventilelement 36 bleibt in Anlage mit dem zweiten
Ventilsitz 20, bis sich das zweite Ventilelement 36 entlang der
Spindel 81 unter der Wirkung der zweiten Druckfeder 85 zu
deren freies Ende verschoben hat. Zu diesem Zeitpunkt verursacht
eine weitere Bewegung des Hauptträgerelements 30 in
Richtung des Pfeils A ein Lösen
des zweiten Ventilelements 36 aus dem zweiten Ventilsitz 20,
wodurch der erste Durchgang 19 und der zweite Durchgang 25 und
somit das Ventil 1 geöffnet
werden, vgl. 2. Auf diese Weise wird eine
Zufuhr von Brenngas durch die zweite Auslassöffnung 7 der Zünddüse zugeführt, die
gezündet
werden kann, bevor das Brenngas durch die Hauptauslassöffnung 6 zum
Brenner befördert
wird. Dann kann der Schrittmotor 38 betrieben werden, um
das Hauptträgerelement 30 in
Richtung des Pfeils A oder B zu bewegen, um den Fluss des Brenngases
durch die Hauptauslassöffnung 6 zu
regulieren, in Abhängigkeit
von der Rate, mit der Brenngas durch die Auslassöffnung 6 dem Brenner
zugeführt
werden soll. Will man den Brenner und die Zünddüse von der Brenngasversorgung
abtrennen, wird der Schrittmotor 38 betrieben, um das Hauptträgerelement 30 in
Richtung des Pfeils B zu drücken,
um wiederum das erste Ventilelement 35 und das zweite Ventilelement 36 auf den
entsprechenden ersten Ventilsitz 15 bzw. den zweiten Ventilsitz 20 zu
drücken
und so das Ventil 1 zu schließen. Während dieses gesamten Vorgangs ab
dem Zeitpunkt der Öffnung
des Ventils 1 bis zu seiner Schließung wurden die erste Spule 60 und
die zweite Spule 61 kontinuierlich erregt.
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Sollte
während
der normalen Betätigung
des Ventils 1, bei der dieses dem Brenner und der Zünddüse durch
die Hauptauslassöffnung 6 und
die zweite Auslassöffnung 7 Brenngas
zuführt,
ein Notfall auftreten, sollte beispielsweise die Temperatur der
gasbetriebenen Vorrichtung über
eine sichere Höhe
ansteigen, werden die entsprechenden Schalter (nicht gezeigt), durch
die der ersten Spule 60 und der zweiten Spule 61 elektrische
Energie zugeführt
wird, unter der Wirkung der entsprechenden Thermostate (nicht gezeigt)
ausgeschaltet, wodurch die erste Spule 60 und die zweite
Spule 61 von der Energieversorgung abgetrennt werden. Sobald
die erste Spule 60 und die zweite Spule 61 nicht
mehr erregt werden, wer den das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 unmittelbar
wirksam magnetisch von dem Hauptträgerelement 30 entkoppelt.
Somit wird das zweite Ventilelement 36 nahezu unmittelbar
in die Richtung des Pfeils B auf den zweiten Ventilsitz 20 unter
der Wirkung der zweiten Druckfeder 80 gedrückt, die
zwischen dem Hauptträgerelement 30 und
dem zweiten Sekundärträgerelement 32 wirkt.
Gleichzeitig wird das Hauptträgerelement 30 durch
die erste innere Feder 65 und die erste äußere Feder 66 in
Richtung des Pfeils B gedrückt,
um wiederum gleichzeitig das erste Ventilelement 35 auf
den ersten Ventilsitz 15 zu drücken, vgl. 3.
So wird die Brenngaszufuhr nahezu unmittelbar von der Hauptauslassöffnung 6 und
der zweiten Auslassöffnung 7 und
wiederum von dem Brenner und der Zünddüse der gasbetriebenen Vorrichtung,
die von dem Ventil 1 versorgt wird, abgetrennt.
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Falls
das Ventil 1 in einem Notfall, wie soeben beschrieben,
geschlossen wird, muss man, um das Ventil 1 zu öffnen und
normal zu betätigen,
zunächst
den Schrittmotor 38 betreiben, um das erste Sekundärträgerelement 31 in
Richtung des Pfeils B zum Eingriff mit dem Hauptträgerelement 30 zu
drücken
und ferner um das Hauptträgerelement 30 in
einen Eingriff mit dem zweiten Sekundärträgerelement 32 zu drücken. Wenn
das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 in dichter
Anlage an dem Hauptträgerelement 30 sind, wird
erneut die Energieversorgung zur ersten Spule 60 und zur
zweiten Spule 61 hergestellt, wodurch das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 magnetisch
mit dem Hauptträgerelement 30 gekoppelt
werden. Solange die erste Spule 60 und die zweite Spule 61 weiterhin
erregt werden, können
das Hauptträgerelement 30 und
wiederum das erste Ventilelement 35 und das zweite Ventilelement 36 von
dem Schrittmotor 38 in Richtung der Pfeile A und B betätigt werden,
um das Ventil 1 zu öffnen
und zu schließen
und den Fluss von Brenngas durch das Ventil 1 zu regulieren.
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Sollte
es in bestimmten Fällen
wünschenswert
sein, in einem Notfall nur die Hauptauslassöffnung 6 von der Einlassöffnung 5 abzutrennen,
kann der Schalter (nicht gezeigt), der die zweite Spule 61 versorgt,
abgeschaltet werden und dadurch die zweite Spule 61 von
der Energieversorgung abtrennen und somit nur das zweite Sekundärträgerelement 32 von
dem Hauptträgerelement 30 magnetisch
entkoppeln. Dies verursacht somit, dass das zweite Ventilelement 36 in
Richtung des Pfeils B in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz 20 unter
der Wirkung der zweiten Druckfeder 80 gedrückt wird,
die zwischen dem Hauptträgerelement 30 und
dem zweiten Sekundärträgerelement 32 wirkt,
vgl. 4. Um das Ventil normal durch den Schrittmotor 38 zu
betätigen,
nachdem die zweite Spule 61 von der elektrischen Energieversorgung
abgetrennt wurde, wird der Schrittmotor 38 betrieben, um
das erste Sekundärträgerelement 31 und
das Hauptträgerelement 30 in
die Richtung des Pfeils B zu drücken,
um das Hauptträgerelement 30 in
Anlage mit dem zweiten Sekundärträgerelement 32 zu
drücken,
so dass durch die Versorgung der zweiten Spule 61 mit elektrischer
Energie das Hauptträgerelement 30 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 erneut
magnetisch gekoppelt werden können.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die kombinierte Triebkraft der ersten
inneren Feder 65 und der ersten äußeren Feder 66 größer sein
sollte als die Triebkraft der zweiten Druckfeder 80, um
das Risiko zu vermeiden, dass die zweite Druckfeder 80 gegen die
erste innere Druckfeder 65 und die erste äußere Druckfeder 66 wirkt,
um das erste Ventilelement 35 aus der Anlage mit dem ersten
Ventilsitz 15 zu drücken,
wenn das Ventil 1 unter der Wirkung der entsprechenden
Druckfedern 65, 66 und 80 verschlossen
wird, wenn das Hauptträgerelement 30 von
dem ersten Sekundärträgerelement 31 gelöst wird.
-
Im
folgenden wird auf die 5 bis 7 Bezug
genommen, in denen ein Ventil 100 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt ist. Das Ventil 100 ist im wesentlichen
gleich dem Ventil 1 und artgleiche Bestandteile haben die gleichen
Bezugszeichen. Der Hauptunterschied zwischen dem Ventil 100 und
dem Ventil 1 liegt darin, dass die zweite elektromagnetische
Spule 61 und der entsprechende zweite Spulenkörper 64 weggelassen wurden.
Das von der ersten elektromagnetischen Spule 60 erzeugte
Magnetfeld reicht jedoch aus, um das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 mit
dem Hauptträgerelement 30 magnetisch
gekoppelt zu halten. Um einen magnetischen Kreis zum magnetischen
Koppeln des ersten Sekundärträgerelements 31 und
des zweiten Sekundärträgerelements 32 mit
dem Hauptträgerelement 30 aufzubauen,
erstrecken sich die Kreisringe, die zwischen der äußeren stromaufwärtigen Hülse 50 bzw.
der äußeren stromabwärtigen Hülse 51 und dem
stromaufwärtigen
Kernelement 54 bzw. dem stromabwärtigen Kernelement 55 ausgebildet
sind, kontinuierlich durch das Hauptträgerelement 30 und durch
das zentrale Gehäuseelement 52.
Ein ringförmiges
Element 101 aus nicht-magnetischem Material, in diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aus Messing, erstreckt sich in dem Kreisring, der
zwischen der äußeren stromabwärtigen Hülse 51 und dem stromabwärtigen Kernelement 55 ausgebildet ist,
um die äußere stromaufwärtige Hülse 50 bzw.
die äußere stromabwärtige Hülse 51 und
das stromaufwärtige
Kernelement 54 bzw. das stromabwärtige Kernelement 55 relativ
zueinander anzuordnen. Das ringförmige
Element 101 erstreckt sich in das zentrale Gehäuseelement 52 hinein.
Die zweite Druckfeder 80 wirkt zwischen dem ringförmigen Element 101 und dem
zweiten Sekundärträgerelement 32. O-Ring-Dichtungen
103 dichten das ringförmige
Element 101 in dem Hauptträgerelement 30 ab,
um den Fluss von Fluid aus der Einlasskammer 17 in die
Auslasskammer 18 durch das Hauptträgerelement 30 zu verhindern.
In diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die erste Spule durch die erste innere Druckfeder 65 und
die erste äußere Druckfeder 66 gespeist.
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Die
Funktionsweise des Ventils 100 ist im wesentlichen gleich
der Funktionsweise des Ventils 1, mit der Ausnahme, dass
es nicht möglich
ist, das zweite Sekundärträgerelement 32 unabhängig von einer
Entkopplung des Hauptträgerelements 30 von dem
ersten Sekundärträgerelement 31 magnetisch von
dem Hauptträgerelement 30 zu
entkoppeln. Sobald die erste elektromagnetische Spule 60 nicht mehr
erregt wird, werden das erste Sekundärträgerelement 31 und
das zweite Sekundärträgerelement 32 gleichzeitig
magnetisch von dem Hauptträgerelement 30 entkoppelt.
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In 6 ist
das Ventil 100 so dargestellt, dass das erste Ventilelement 35 und
das zweite Ventilelement 36 in Eingriff mit dem ersten
Ventilsitz 15 bzw. dem zweiten Ventilsitz 20 stehen
und somit den ersten Durchgang 19 und den zweiten Durchgang 25 verschließen. In 6 ist
das Hauptträgerelement 30 durch
den Schrittmotor 38 in diese geschlossene Stellung bewegt
worden. In 7 sind das Hauptträgerelement 30 und
das erste Ventilelement 35 und das zweite Ventilelement 36 in
einer der 6 ähnlichen Stellung gezeigt,
wobei jedoch in 7 das Hauptträgerelement 30 unter
der Wirkung der ersten inneren Druckfeder 65 und der ersten äußeren Druckfeder 66 in
die geschlossene Stellung gedrückt wurde,
als Ergebnis der magnetischen Entkopplung des Hauptträgerelements 30 von
dem ersten Sekundärträgerelement 31,
die aus dem Entregen der ersten Spule 60 resultiert. In 5 ist
das Ventil 100 im offenen Zustand gezeigt, wobei das Hauptträgerelement 30 magnetisch
mit dem ersten Sekundärträgerelement 31 gekoppelt
ist und durch den Schrittmotor 38 in der offenen Stellung
gehalten wird.
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Der
Vorteil, die Antriebsmittel als Schrittmotor 38 vorzusehen,
liegt darin, dass es eine Präzisionssteuerung
der axialen Bewegung des Hauptträgerelements 30 in
Richtung der Pfeile A und B ermöglicht,
um wiederum eine Präzisionssteuerung und
Regulierung des Flusses an Brenngas durch die Hauptauslassöffnung und
die zweite Auslassöffnung und
insbesondere durch die Hauptauslassöffnung zur Regulierung des
Flusses an Brenngaszufuhr zum Brenner vorzusehen. Dies wird durch
die Tatsache erreicht, dass die Anzahl der Schritte, um die der Schrittmotor 38 gedreht
wird, gezählt
werden kann, und dadurch eine präzise
Bestimmung der Position des Hauptträgerelements 30 in
der Ventilkammer 3 und wiederum der Positionen des ersten
Ventilelements 35 und des zweiten Ventilelements 36 relativ zu
dem ersten Ventilsitz 15 bzw. dem zweiten Ventilsitz 20 zu
jeder Zeit während
der Betätigung
der erfindungsgemäßen Ventile
ermöglicht
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ventile ist, dass die Ventile
nicht geöffnet
werden können,
solange die elektromagnetische Spule bzw. die Spulen nicht erregt
werden, und ungeachtet der Position des Hauptträgerelements 30 in
der Ventilkammer 5 wird das Ventil automatisch geschlossen, sobald
die elektromagnetische Spule bzw. die Spulen nicht erregt werden.
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Obgleich
die erfindungsgemäßen Ventile
im allgemeinen in der Art beschrieben wurden, dass sie den Fluss
von Brenngas an eine gasbetriebene Vorrichtung steuern, sei darauf
hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Ventile zur Steuerung irgendeines Fluids
oder eines fluidartigen Mediums verwendet werden können.
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Ferner
wird darauf hingewiesen, dass, obgleich die Führungsmittel zum Verhindern
einer Drehung des ersten Sekundärträgerelements
in der Ventilkammer so beschrieben wurden, dass sie einen Führungsstift
umfassen, der in eine entsprechende Bohrung in dem ersten Sekundärträgerelement
eingreifen kann, beliebige andere geeignete Führungsmittel vorgesehen werden
können.
Beispielsweise wird ins Auge gefasst, dass das erste Sekundärträgerelement
entsprechend geformt werden kann, beispielsweise kann es mit einer
oder mehr Flachstellen versehen werden, die mit entsprechenden Flachstellen
in dem Gehäuse
des Ventils in Eingriff bringbar sind.