DE60221032T2

DE60221032T2 - Eine ventileinheit zur regelung der abgabe von brenngas

Info

Publication number: DE60221032T2
Application number: DE60221032T
Authority: DE
Inventors: Roberto Dorigo; Massimo Giacomelli; Stefano Zanella
Original assignee: Sit La Precisa SpA
Current assignee: Sit La Precisa SpA
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: KR20040060934A; CN1270125C; JP4122290B2; DE02717042T1; NZ531998A; KR100812883B1; US20040245487A1; JP2005504946A; EP1434965A1; US7007923B2; ES2290280T3; ATE366394T1; WO2003031875A1; ITPD20010240A1; AU2002247962B2; CA2461152A1; DE60221032D1; CA2461152C; MXPA04003276A; CN1568414A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinheit zur Regelung der Abgabe eines Brenngases gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ventileinheiten mit den oben genannten Kennzeichen werden typischerweise zum Regeln der Abgabe von Brenngas an einen Brenner oder an ein sonstiges, ähnliches Benutzergerät vorgesehen, um seinen Abgabedruck oder die Strömungsmenge des geförderten Gases kontrolliert zu regulieren.
Ventileinheiten dieser Art sind aus der eigenen Produktion des Anmelders bekannt; eine solche Ventileinheit hat typischerweise eine motorbetriebene Stelleinrichtung für die operative Steuerung eine Schließelements, um einen in der Ausgangsleitung gebildeten Ventilsitz zu öffnen und zu schließen. Für die Betätigung des Schließelements zum Beispiel stellt sie bekanntlich eine Stange bereit, die über eine Einsteckverschraubung mit dem Läufer eines Elektromotors verbunden ist, um das Schließelement infolge einer Drehung des Motors vom Ventilsitz fort oder zu ihm zu bewegen. Durch die Drehung des Stellantriebes ist es auch möglich, eine Modulationsregelung des Abgabedrucks oder der Strömungsmenge des geförderten Gases zu erreichen.
Um eine Sicherheitsschließung des Ventilsitzes beim Eintreten bestimmter Bedingungen sicherzustellen, zum Beispiel um den Durchgang für das Gas als Folge der Unterbrechung der Stromversorgung der motorbetriebenen Stelleinrichtung zu sperren (wobei der Stellantrieb in einer geöffneten Zwischenstellung des Ventilsitzes stehen bleiben kann), ist durch den Stand der Technik eine Lösung angeboten worden, die Gegenstand des europäischen Patents EP 1106923 A des Anmelders ist. Dieses sieht die Verwendung einer elektromagnetischen Einheit vor, die zwischen das Schließelement und die wesentliche motorbetriebene Stelleinrichtung eingefügt wird und die Aufgabe hat, so auf das Schließelement zu wirken, dass es den Ventilsitz aufgrund der von einer Feder ausgeübten elastischen Kraft schließt, die der elektromagnetischen Anziehung zwischen dem stationären Kern und dem beweglichen Anker eines Elektromagneten der elektromagnetischen Einheit entgegenwirkt. Wenn Bedingungen eintreten, die ein Verschließen des Ventilsitzes erfordern, führt, infolge der Wirkung der oben genannten elastischen Kraft, die Unterbrechung der Stromversorgung des Elektromagneten die Sicherheitsschließung des Schließelements unabhängig von der durch den Stellantrieb eingenommenen Betriebsstellung herbei.
Diese Lösung stellt zwar die Sicherheitsschließung des Ventilsitzes äußerst zuverlässig sicher, doch führt sie zu einer gewissen Komplexität in der Konstruktion hauptsächlich wegen des Vorhandenseins eines Elektromagneten, der mit der Steuerstange des Schließelements schwimmt, und das besonders in einem vom Gasstrom betroffenen Bereich. Diese Konfiguration verlangt sogar bestimmte Maßnahmen der elektrischen Isolierung sowie eine Abdichtung in Bezug auf das Gas sowohl der elektrischen Kontakte als auch der Drähte zur Versorgung des Elektromagneten, wobei sich diese Bedingungen mit einem Elektromagneten, der innerhalb der Ventileinheit beweglich ist, schwerer erfüllen lassen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eines der wesentlichen Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventileinheit vorzusehen, die konstruktiv und funktional alle Beschränkungen überwindet, die unter Bezug auf den erwähnten Stand der Technik diskutiert wurden.
Diese und weitere Ziele, die weiter unten erläutert werden, werden durch die Erfindung mittels einer Ventileinheit, die gemäß den angefügten Ansprüchen gebildet wird, erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Kennzeichen und die Vorteile der Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand eines nicht beschränkenden Beispiels unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen:
Die 1 bis 3 zeigen Längsschnitte durch eine Ventileinheit gemäß der Erfindung in jeweiligen verschiedenen Betriebszuständen.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Auf den genannten Zeichnungen wird eine Ventileinheit zum Regeln der Abgabe eine Brenngases an einen Brenner oder an ein sonstiges, ähnliches Benutzergerät (auf den Zeichnungen nicht gezeigt), die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird, allgemein mit 1 bezeichnet. Das Gas wird durch eine auf den Zeichnungen teilweise gezeigte Eingangsleitung 2 zur Einheit 1 geführt und durch eine Ausgangsleitung 3 gefördert.
Die Ventileinheit 1 weist ein Modulationsventil 4 mit einem Plattenschließelement 5 auf, das so betätigt wird, dass es einen Ventilsitz 6, der zwischen den Leitungen 2 und 3 gebildet wird, schließt. Die Einheit besitzt außerdem eine motorbetriebene Stelleinrichtung, allgemein mit 7 bezeichnet, die eine Stange 8 mit der Längsachse X aufweist, zum Betätigen des Schließelements 5.
Die Betätigungsstange 8 weist zwei konstruktiv unabhängige, koaxiale Teile 9, 10 auf, die Verlängerungen voneinander bilden und durch eine Einsteckverschraubung miteinander verbunden sind.
Genauer gesagt besitzt der erste Teil 9 der Stange einen ersten Teil 9a mit einer Außenwand in einem Sechseckprofil, der axial durch einen zweiten, mit einem Außengewinde versehenen und mit ihm koaxialen Teil 9b verlängert wird.
Der Teil 9b ist in eine Gewindebohrung 10a geschraubt, die an einem Ende des zweiten Teils 10 der Stange beginnend axial gebildet wird. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist die Stange über eine konventionelle Schwenkverbindung mit dem Schließelement 5 verbunden.
Der zweite Stangenteil 10 besitzt eine Außenwand, die einen Querschnitt mit einem vieleckigen (zum Beispiel sechseckigen) Profil hat, und steckt axial frei gleitfähig (entlang der Achse X) in einer mit einem entsprechenden Profil versehenen Durchgangsbohrung 11, die mittig in einem Läufer 12 eines Elektromotors 13 mit einer Hohlwelle gebildet wird. Der Motor 13 ist ein Gleichstrommotor, vorteilhaft ein drehrichtungsumschaltbarer Schrittmotor, bei dem der auf geeignete Weise polarisierte Dauermagnetläufer 12 am Umfang von einer oder mehr Spulen 14, die über elektrische Drähte 15 versorgt werden, umgeben wird. Die Spulen 14 haben die Aufgabe, das magnetische Drehfeld zu erzeugen, das für die Drehung des Läufers nötig ist. Der Läufer wird axial von Drucklagern 16 gehalten, die schematisch dargestellt sind, wohingegen die Spulen 14 an einem zylindrischen, glockenförmigen Gehäuse 17 befestigt sind, das eine Aufnahme für den Läufer 12 darstellt und auf geeignete Weise an einer stationären Struktur 18 der Einheit mit Schrauben 19 und mit dazwischengesetzten Vorrichtungen zum Abdichten der Glocke 17 auf der Struktur 18, die den Durchtritt von Gasen verhindern, befestigt ist.
Der erste Stangenteil 9 steckt axial frei gleitfähig in einer Durchgangsbohrung 20 des entsprechenden, in einer Buchse 21 gebildeten sechseckigen Profils, die auch eine Lagerung für den Motor an dem vom Drucklager 16 axial entfernten Ende darstellt.
Das Gehäuse 17 enthält auch eine elektromagnetische Einheit, allgemein mit 22 bezeichnet, die einen Elektromagneten mit einem ersten Teil oder einem stationären Kern 23, der eine magnetisierende Wicklung 24 trägt, und einen zweiten Teil oder einen beweglichen Anker 25 aufweist, der durch Magnetisierung fest am stationären Kern fixiert werden kann. Die Einheit 22 kann vorteilhaft eine gewöhnliche magnetische Einheit oder einen Haltemagneten mit niedrigem Verbrauch aufweisen.
Der stationäre Kernteil 23 des Elektromagneten ist U-förmig mit gegenüberliegenden Arme 23a, 23b, auf denen sich die Wicklung 24 befindet, und ist mittels einer Halterung 26, die ein mit einem Gewinde versehenes, schaftähnliches Element 27 trägt, am Gehäuse 17 befestigt. Der Schaft ist in der Mitte für die Einführung von elektrischen Drähten 28 zur Versorgung des Elektromagneten mit Löchern versehen.
Der bewegliche Ankerteil 25 des Elektromagneten ist mit dem Ende des ersten Stangenteils 9 verbunden, das von dem mit einem Gewinde versehenen Teil 9b entfernt ist.
Es wird bemerkt werden, dass der Anker 25 der einzige Teil des Elektromagneten ist, der zusammen mit der Betätigungsstange 8 beweglich ist, da der Teil, der die Wicklung des Elektromagneten trägt, mit der stationären Struktur 18 der Ventileinheit starr verbunden ist.
Der Elektromagnet der elektromagnetischen Einheit wird als Ganzes auch in einer im Wesentlichen zylindrischen Kapsel 29 aufgenommen, die koaxial innerhalb des Gehäuses 17 montiert ist und axial zwischen der Halterung 26 und der Buchse 21 verläuft.
Eine Feder, mit 30 bezeichnet, zwischen der stationären Struktur 18 der Ventileinheit und dem Schließelement 5 wirkt so auf das Schließelement, dass es den Ventilsitz 6 schließt wie auch das Spiel in der Einsteckverschraubung aufnimmt.
Während des Betriebes wird in einem Anfangszustand, in 1 gezeigt, in dem der Durchgang für das Gas gesperrt ist, der Ventilsitz 6 durch das Schließelement 5 infolge der elastischen Wirkung der Feder 30 geschlossen, der Elektromagnet des Stellantriebes 22 wird entregt, und der Motor 13 wird infolgedessen nicht mit Energie versorgt.
Beginnend bei diesem Zustand wird der Motor zunächst mit einer zuvor bestimmten Anzahl von Umdrehungen betrieben, die über die Steigung des Gewindes in der Einsteckverschraubung mit einem zuvor bestimmten axialen Hub des ersten Stangenteils 9 korreliert ist. Der von diesem Stangenteil zurückgelegte Hub bringt den beweglichen Anker 24 in eine Stellung nahe dem stationären Kern des Elektromagneten in der Nachbarschaft des Bereichs mit elektromagnetischer Anziehung. Eine anschließende Erregung des Elektromagneten mittels einer geeigneten Stromversorgung der Magnetspulenwicklung 24 führt zur Erzeugung einer elektromagnetischen Anziehungskraft, die den Anker 24 in der in 2 gezeigten Stellung am stationären Kern 23 festhalten kann.
Eine anschließende Drehung des Motors 13 in die der vorausgegangenen Drehung entgegengesetzte Richtung führt ein Verschrauben des zweiten Stangenteils 10 auf den ersten Teil 9 herbei, wodurch eine axiale Gleitbewegung des zweiten Teils 10 und folglich eine Bewegung des Schließelements 5 vom Sitz 6 fort der Feder 30 entgegen und eine entsprechende Öffnung des Ventilsitzes hervorgerufen werden. Je nach der Anzahl der vom Motor durchgeführten Drehungen kann der Hub des Schließelements 5 so reguliert werden, dass eine Modulationsregelung des Abgabedrucks möglich ist. 3 zeigt einen normalen Betriebszustand, bei dem der Hub des zweiten Stangenteils 10 mit der Drehung des Motors 13 korreliert ist, um eine Modulationsregelung in der Ventileinheit zu erlauben.
Beim Eintreten zuvor bestimmter Bedingungen, die ein Verschließen des Ventilsitzes 6 erfordern, wird die Stromversorgung der Magnetspule 24 des Elektromagneten unterbrochen, und die Feder 30 wirkt folglich so auf das Schließelement 5, dass es den Sitz 6 unabhängig von der Stellung der Betätigungsstange schließt. Die Stange wird während des Schließens des Ventilsitzes durch relatives Gleiten zwischen dem ersten Stangenteil 9 und der Buchse 21 und zwischen dem zweiten Stangenteil 10 und dem Läufer 12 axial geführt.
Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass die Feder 30 mit Abmessungen und einer Federkonstanten ausgewählt wird dergestalt, dass sie eine Sicherheitsschließung des Schließelements 5 gegen den Ventilsitz 6, beginnend bei einer beliebigen axialen Stellung, die von der Betätigungsstange 8 während des Modulationsbetriebs erreicht wird, sicherstellt.
Zusätzlich zur Funktion der Modulation des Abgabedrucks und/oder der Strömungsmenge des Gases übernimmt dasselbe Modulationsventil 4 somit auch die Aufgabe der Sicherheitsschließung des Durchgangs für das Gas durch den Ventilsitz 6. Das Ventil stellt eine Modulationsfunktion mit niedrigem Verbrauch und eine hochgenaue Positionierung sicher, wobei sie in jedem Fall die Funktion der Sicherheitsschließung mit einer hohen Schließlast und kurzen Eingriffszeiten beim Eintreten zuvor bestimmter Bedingungen sicherstellt.
Die Erfindung erlaubt es somit, die vorgeschlagenen Ziele zu erreichen, und bietet viele Vorteile gegenüber bekannten Lösungen.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass durch den Einsatz einer elektromagnetischen Einheit ohne alle beweglichen Teile der elektromagnetischen Wicklung die Stromversorgung der Ventileinheit gemäß der Erfindung einfacher wird und die elektrische Isolierung und die Abdichtung in Bezug auf den Gasteil weniger komplex wird.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung eine elektromagnetische Einheit mit geringeren, beweglichen Trägheitsmassen und demzufolge einem geringeren Energiebedarf während des Betriebes des Modulationsventils sowohl in der eigentlichen Modulationsphase als auch während der Sicherheitsschließung des Ventils vorsieht.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die motorbetriebene Stelleinrichtung und die elektromagnetische Einheit, die miteinander koaxial sind, zu einer erhöhten Kompaktheit insgesamt führen, wodurch es vorteilhaft auch möglich ist, sie vom Gasteil des Ventils lecksicher abgeschlossen in einem einzigen Gehäuse unterzubringen.
Noch ein weiterer Vorteil hat mit der konstruktiven Einfachheit der Ventileinheit gemäß der Erfindung zu tun, die weniger Komponenten als bekannte Lösungen erfordert. Diese Komponenten können auch mit einer vorausgewählten Modularität gestaltet werden, um die Modulationsregelung und die Sicherheitsschließung von Ventilsitzen unterschiedlicher Größen zu ermöglichen.
Nicht zuletzt ist eine erhöhte Zuverlässigkeit insgesamt ein Vorteil der Ventileinheit gemäß der Erfindung.

Claims

Modulations-Ventileinheit zum Regeln des Stroms eines Brenngases durch eine Ausgangsleitung (3), wobei die Ventileinheit aufweist: – einen Ventilsitz (6) in der Leitung und ein zum Sitz (6) gehörendes Schließelement (5), – eine motorbetriebene Stelleinrichtung (7), die auf das Schließelement (5) wirkt und es so steuert, dass es den Ventilsitz (6) öffnet/schließt, wobei die Stelleinrichtung (7) eine Stange (8) zum Betätigen des Schließelements aufweist, – eine elektromagnetische Einheit (22) mit einem ersten Teil (23), der eine magnetisierende Wicklung (24) trägt, und einem zweiten Teil (25), der durch Magnetisierung unbeweglich am ersten Teil festgehalten werden kann, wobei die elektromagnetische Einheit (22) zum Stellantrieb (7) gehört und die Aufgabe hat, so auf das Schließelement (5) zu wirken, dass es unabhängig von der Betriebsstellung des Stellantriebes (7) beim Eintreten eines vorher bestimmten Zustandes, der das Verschließen des Ventilsitzes (6) erfordert, den Ventilsitz (6) schließt, –dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (7) während der Bewegung zum Steuern des Schließelements (5) zusammen mit dem zweiten Teil (25) der elektromagnetischen Einheit (22) beweglich ist, um den Ventilsitz (6) zu öffnen/zu schließen, dass der erste Teil (23) der elektromagnetischen Einheit mit einer unbeweglichen Struktur der Ventileinheit verbunden ist und dass der zweite Teil der elektromagnetischen Einheit einen beweglichen Anker aufweist, der an einem Ende der Stange (8) montiert ist.
Ventileinheit gemäß Anspruch 1, bei welcher der motorbetriebene Stellantrieb (8) und die elektromagnetische Einheit (22) koaxial mit dem Ventilsitz (6) montiert sind.
Ventileinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Betätigungsstange (8) einen ersten Teil (9) und einen zweiten Teil (10) aufweist, die axiale Verlängerungen voneinander bilden und durch eine Einsteckverschraubung miteinander verbunden sind, wobei die Stangenteile (9, 10) an ihren freien Enden mit dem Anker (25) bzw. dem Schließelement (5) verbunden sind.
Ventileinheit gemäß Anspruch 3, bei welcher die Motormittel einen Elektromotor (13) aufweisen und der zweite Stangenteil (10) zur Drehung mit einem Rotor (12) eines Elektromotors (13) starr befestigt ist.
Ventileinheit gemäß Anspruch 4, bei welcher der zweite Stangenteil (10) so in eine Hohlwelle des Rotors eingesetzt ist, dass er axial in Bezug auf ihn frei gleitfähig ist.
Ventileinheit gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, die eine Führungseinrichtung zum axialen Führen des ersten Stangenteils (9) während der Betätigung des Schließelements (5) infolge einer Drehung des Rotors (12) um seine eigene Achse aufweist.
Ventileinheit gemäß Anspruch 6, bei welcher die Führungseinrichtung eine Buchse (21) aufweist, in welcher der erste Stangenteil (9) gleitfähig gelagert ist, wobei zwischen der Buchse (21) und dem ersten Stangenteil (9) eine Verdrehschutzeinrichtung vorgesehen ist.
Ventileinheit gemäß Anspruch 7, bei welcher die Verdrehschutzeinrichtung eine Wand mit einem vieleckigen Profil im ersten Stangenteil (9) aufweist, die in eine Durchgangsbohrung (20) der Buchse mit einem Querschnitt des entsprechenden Profils aufgenommen werden kann.
Ventileinheit gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welcher der Motor (13) ein Gleichstrom-Schrittmotor ist.
Ventileinheit gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 9, bei welcher der Rotor (12) als zweckmäßig gepolter Dauermagnet ausgeführt ist.
Ventileinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 10, bei welcher die elektromagnetische Einheit (22) und der Rotor (12) in einem Gehäuse (17) untergebracht sind, das mit der unbeweglichen Struktur der Ventileinheit gasdicht verbunden ist.
Ventileinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 11, die elektrische Spulen (14) zum Steuern des Rotors (12) aufweist, wobei die Spulen (14) außen auf dem Gehäuse (17) im Bereich des Rotors (12) befestigt sind.