DE69823807T2

DE69823807T2 - Monostabiles ventil

Info

Publication number: DE69823807T2
Application number: DE69823807T
Authority: DE
Inventors: Herve Simoens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: WO1999032818A1; CA2279830A1; PL188666B1; CZ294273B6; BR9807382A; FR2772870A1; AU1764799A; PL334974A1; FR2772870B1; HUP0001253A3; PT961894E; ATE266830T1; EP0961894B1; HUP0001253A2; JP2001512558A; HK1026471A1; CZ9902539A3; CN1248318A; US6253784B1; DK0961894T3

Description

Die Erfindung betrifft ein monostabiles Ventil zum allmählichen Laden und zur Kontrolle der plötzlichen Entladung eines in einem Kondensator enthaltenen Gases.
Um das Fließen von körnigen Stoffen zu erleichtern und/oder die Bildung von Anbackungen beispielsweise in Öfen zum Herstellen von Zement zu vermeiden, werden Vorrichtungen verwendet, die unter der Bezeichnung Luftkanonen bekannt sind.
Diese Vorrichtung enthält einen Kondensator, in dem unter Druck ein Luftvolumen gespeichert wird, wonach diese Luft periodisch beispielsweise durch eine Düse plötzlich freigesetzt wird, so dass durch die erzeugte Deflagration die Anbackungen beseitigt werden.
Um zunächst das Speichern der Luft in dem Kondensator und danach diese plötzliche Entladung zu ermöglichen, ist zwischen Kondensator und Düse ein monostabiles Ventil angeordnet, welches den Übergang der Luft von einer Quelle in den Kondensator und dann von dem Kondensator zur Düse bzw. zu einem anderen Mittel steuert.
Gewöhnlich enthält dieses monostabile Ventil ( US 3.905.575 ):

– einen Körper, der eine Kammer begrenzt und die einerseits eine mit einem Kondensator verbundene Einlassleitung und andererseits eine sogenannte Entladungsöffnung zum Entladen zu einer Auslassleitung aufweist,
– einen Kolben, der in der vorgenannten Kammer aufgenommen ist und sich zwischen einer sogenannten Sperrstellung, in welcher die Vorderseite dieses Kolbens die Entladungsöffnung versperrt, und einer sogenannten Offenstellung verlagert, in welcher diese Vorderseite so von der Entladungsöffnung beabstandet ist, dass die Luft des Kondensators plötzlich über die Auslassleitung abgeführt werden kann, wobei der Kolben
– einerseits einen Kragen aufweist, der die Kammer in eine vordere Kammer und in eine hintere Kammer unterteilt, dessen sogenannte Vorderseite, die dem vorderen Bereich des Kolbens und der Entladungsöffnung zugewandt ist, dem Druck der im Kondensator eingeschlossenen Luft unterliegt, welcher Druck eine sogenannte Öffnungskraft aufbaut, die versucht ist, den Kolben zurückzuschieben und in die Offenstellung zu bringen, und
– andererseits zwischen seiner Hinterseite und dem Ventilkörper die sogenannte hintere Kammer begrenzt, in welcher ein Druck herrscht, der im hinteren Bereich des Kolbens eine sogenannte Sperrkraft aufbaut, welche den Kolben in seine Sperrstellung drückt, welche Sperrkraft betragsmäßig im wesentlichen gleich der Öffnungskraft ist, jedoch dieser entgegengesetzt ist, und
– ein Mittel zum plötzlichen Absenken des Drucks in der hinteren Kammer und somit zum plötzlichen Rückzug des Kolbens.

Die Wirksamkeit dieser Luftkanonen hängt zwar insbesondere vom Volumen des Kondensators und von dem Druck der in diesem enthaltenen Luft ab, aber auch sowohl von der Schnelligkeit beim Verbinden des Kondensators mit der Auslassleitung als auch vom Druckverlust.
Es ist beispielsweise ein Ventil bekannt (FR-A-2.660.395), dessen Kolben in Form eines Tellers vorliegt, womit das Gewicht und damit die Trägheit des Kolbens vermindert werden können, wodurch die Schnelligkeit beim Zurückschieben des Kolbens wesentlich verbessert werden kann.
Durch die Konkavität des Tellers ist es ferner möglich, darin einen Schieber mit geringem Querschnitt unterzubringen, der das Führungsmittel für den Kolben bildet und es damit ermöglicht, die Länge des Kolbens gegenüber einem konventionellen Kolben zu vermindern.
Um den Druck in der hinteren Kammer plötzlich zu senken, muss die Luft aus dieser Kammer schnell abgeführt werden.
Um dies zu erreichen, ist ein Ventil bekannt (FR-A-2.712.639), enthaltend:

– ein sogenanntes Hauptverschließglied, das sich an einer die hintere Kammer mit der Auslassleitung verbindenden Abführleitung befindet und zwischen einer sogenannten Schließstellung und einer sogenannten Entweichstellung beweglich ist, wobei dieses Verschließglied
– einerseits in seine sogenannte Entweichstellung durch den Druck beaufschlagt wird, der in der vorgenannten hinteren Kammer herrscht und an der Vorderseite dieses Verschließglieds eine sogenannte Entweichkraft aufbaut, und
– andererseits in seine Schließstellung durch den Druck eines Gases beaufschlagt wird, das in einer sogenannten Steuerkammer enthalten ist und an der Hinterseite des Verschließglieds eine sogenannte Schließkraft aufbaut, mit welcher das Verschließglied an seinen Sitz gedrückt wird, und
– Rückstellmittel zum Rückstellen des Kolbens und des Hauptverschließglieds in ihre Sperrstellung bzw. Schließstellung.

Mit diesem Ventil ist eine Druckgasquelle verbunden und speist die Steuerkammer, welche die hintere Kammer über einen sogenannten Versorgungskanal mit geringem Querschnitt speist, wobei diese hintere Kammer den Kondensator über ein kontrolliertes Leck speist.
Somit werden beim Füllen des Kondensators der Kolben und das Verschließglied durch den Versorgungsdruck in Anlage an ihrem jeweiligen Sitz gehalten.
Ein Wegeventil ist zwischen Druckgasquelle und Ventil positioniert.
Um die Verlagerung des Kolbens hervorzurufen, wird die Druckgasversorgung abgeschaltet, wonach über das vorgenannte Wegeventil die Steuerkammer zumindest mittelbar mit der Atmosphäre verbunden wird, so dass bei schnell absinkendem Druck das Verschließglied öffnet, um das in der hinteren Kammer enthaltene Gas entweichen zu lassen.
Diese Druckabsenkung in der hinteren Kammer ermöglicht es dem Kolben, sich zurückzuziehen, um zwischen Kondensator und Auslassleitung eine Verbindung herzustellen.
Mit dieser Abfolge von Schritten ist es bei relativ geringem Steuerdruck möglich, ein sehr großes Luftvolumen freizusetzen.
Die Wegstrecke, welcher das Gas folgt, verläuft gewunden und ruft leider einen hohen Druckverlust hervor.
Bei dem Beispiel (FR-A-2.660.395) weist die den Kondensator mit dem Ventil verbindende Einlassleitung einen konstanten Durchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als die Länge des Kolbens, dessen Seitenwand gegenüberliegend diese Einlassleitung ausmündet.
Durch diesen konstanten Durchmesser werden Druckverluste des Mediums vermindert, das von dem Kondensator zur Auslassleitung strömt.
Auch ist ein Ventil bekannt (US-4.201.362), dessen Öffnen durch Verlagerung zweier Verschließglieder gesteuert wird.
Das Ventil enthält somit:

– an einer sogenannten Steuerleitung, welche die Steuerkammer zumindest mittelbar mit der Atmosphäre verbindet, ein zweites sogenanntes Steuerverschließglied, das zwischen einer sogenannten Unterbrechungsstellung, in welcher das in der Steuerkammer enthaltene Gas nicht entweichen kann, und einer sogenannten Abführstellung beweglich ist, in welcher das in der Steuerkammer enthaltene Gas entweichen kann,
– ein Antriebsmittel, um das Steuerverschließglied schnell in seine Abführstellung zu verlagern, und
– ein Rückstellmittel zum Rückstellen des Steuerverschließglieds in seine Unterbrechungsstellung.

Bei diesem gestuften Steuersystem kann die Rückzuggeschwindigkeit des Kolbens noch verbessert und damit eine höhere Wirkung erreicht werden.
Dazu ist Gegenstand der Erfindung ein Ventil vom vorgenannten Typ, dadurch gekennzeichnet ist, dass

– der durch den Querschnitt der Abführleitung definierte Raum zumindest konstant ist bzw. sich von der hinteren Kammer zur Auslassleitung vergrößert, um den Druckverlust zu begrenzen und den sogenannten vorgelagerten Abschnitt der Abführleitung, welcher dem Hauptverschließglied vorgelagert ist, auf einen Raumquerschnitt zu begrenzen, der im wesentlichen gleich dem des nachgelagerten Abschnitts ist, und
– das Hauptverschließglied vom Typ mit Membran ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung gut verständlich, die sich beispielhaft und nicht einschränkend versteht und sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, die schematisch einen senkrechten Schnitt eines erfindungsgemäßen monostabilen Ventils zeigt.
Anhand der Zeichnung ist ersichtlich, dass das monostabile Ventil 1 enthält:

– einen Körper 2, der eine Kammer 3 begrenzt und die einerseits eine mit einem Kondensator verbundene Einlassleitung 4 und andererseits eine sogenannte Entladungsöffnung 5 zum Entladen zu einer Auslassleitung 6 aufweist,
– einen Kolben 7, der in der vorgenannten Kammer 3 aufgenommen ist und sich zwischen einer sogenannten Sperrstellung, in welcher die Vorderseite 7A dieses Kolbens 7 die Entladungsöffnung versperrt, und einer sogenannten Offenstellung verlagert, in welcher diese Vorderseite so von der Entladungsöffnung beabstandet ist, dass die Luft des Kondensators plötzlich über die Auslassleitung abgeführt werden kann, wobei der Kolben
– einerseits einen Kragen 8 aufweist, der die Kammer 3 in eine vordere Kammer und in eine hintere Kammer 9 unterteilt, dessen sogenannte Vorderseite 8A, die dem vorderen Bereich des Kolbens und der Entladungsöffnung zugewandt ist, dem Druck der im Kondensator eingeschlossenen Luft unterliegt, welcher Druck eine sogenannte Öffnungskraft aufbaut, die versucht ist, den Kolben zurückzuschieben und in die Offenstellung zu bringen, und
– andererseits zwischen seiner Hinterseite 8B und dem Ventilkörper die sogenannte hintere Kammer 9 begrenzt, in welcher ein Druck herrscht, der im hinteren Bereich des Kolbens eine sogenannte Sperrkraft aufbaut, welche den Kolben in seine Sperrstellung drückt, welche Sperrkraft betragsmäßig im wesentlichen gleich der Öffnungskraft ist, jedoch dieser entgegengesetzt ist,
– ein Mittel 10, um den Druck in der hinteren Kammer plötzlich zu senken und damit den plötzlichen Rückzug des Kolbens hervorzurufen.

Zum plötzlichen Absenken des Drucks in der hinteren Kammer enthält das Ventil ferner gewöhnlich:

– ein sogenanntes Hauptverschließglied 12, das sich an einer die hintere Kammer 9 mit der Auslassleitung 6 verbindenden Abführleitung 11 befindet und zwischen einer sogenannten Schließstellung und einer sogenannten Entweichstellung beweglich ist, wobei dieses Verschließglied
– einerseits in seine sogenannte Entweichstellung durch den Druck beaufschlagt wird, der in der vorgenannten hinteren Kammer herrscht und an der Vorderseite dieses Verschließglieds eine sogenannte Entweichkraft aufbaut, und
– andererseits in seine Schließstellung durch den Druck eines Gases beaufschlagt wird, das in einer sogenannten Steuerkammer 13 enthalten ist und an der Hinterseite des Verschließglieds eine sogenannte Schließkraft aufbaut, mit welcher das Verschließglied an seinen Sitz gedrückt wird, und
– Rückstellmittel 14, 15 zum Rückstellen des Kolbens und des Hauptverschließglieds in ihre Sperrstellung bzw. Schließstellung.

Die Speisung des Kondensators erfolgt durch Einführen des Gases, das von einer externen Quelle S stammt, unter Druck unmittelbar in die hintere Kammer 9, und zwar unter der Kontrolle eines Wegeventils 16, das über ein kontrolliertes Leck mit dem Kondensator im Bereich des Dichtsitzes verbunden ist, den der Kragen des Kolbens aufweist.
Das Ventil enthält:

– an einer sogenannten Steuerleitung 17, welche die Steuerkammer zumindest mittelbar mit der Atmosphäre verbindet, ein zweites sogenanntes Steuerverschließglied 18, das zwischen einer sogenannten Unterbrechungsstellung, in welcher das in der Steuerkammer 13 enthaltene Gas nicht entweichen kann, und einer sogenannten Abführstellung beweglich ist, in welcher das in der Steuerkammer enthaltene Gas entweichen kann,
– ein Antriebsmittel 19, um das Steuerverschließglied schnell in seine Abführstellung zu verlagern, und
– ein Rückstellmittel 20 zum Rückstellen des Steuerverschließglieds in seine Unterbrechungsstellung.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass

– der durch den Querschnitt der Abführleitung 11 definierte Raum zumindest konstant ist bzw. sich von der hinteren Kammer 9 zur Auslassleitung 6 vergrößert, um den Druckverlust zu begrenzen, und
– das Hauptverschließglied 12 eine geringe Trägheit aufweist und vom Typ mit Membran ist.

Die Steuerkammer 13 ist im Volumen klein bemessen und mit der hinteren Kammer über eine im Querschnitt geringen Öffnung 21 so verbunden, dass die hintere Kammer und die Steuerkammer den gleichen Druck aufweisen.
Vorteilhaft weist der sogenannte vorgelagerte Abschnitt 11A der Abführleitung, welcher dem Hauptverschließglied vorgelagert ist, einen sichelförmigen Querschnitt auf, der um den nachgelagerten Abschnitt 11B dieser Abführleitung herum angeordnet ist, welche ihrerseits einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist, wobei die Querschnitte dieser beiden Abschnitte im übrigen den gleichen Raum haben.
Das Hauptverschließglied 12 ist ein Verschließglied mit einer Membran, die beispielsweise einen starren Mittelbereich hat, welcher den aktiven Teil des Verschließglieds bildet, sowie einen nachgiebigen Umfangsbereich zur Positionierung des Verschließglieds.
Es könnte eine Membran aus Metall Anwendung finden.
Eben dieser Umfangsbereich unterliegt zumindest teilweise dem Druck des in der hinteren Kammer enthaltenen Gases.
Der vorgelagerte Abschnitt der Abführleitung befindet sich im hinteren Bereich der hinteren Kammer und der nachgelagerte Abschnitt erstreckt sich auf der den Kolben aufnehmenden Seite der Kammer.
Die Öffnung 21, welche das Einführen von Gas in die Steuerkammer ermöglicht, ist in der Membran ausgeführt.
Die Verwendung eines solchen Verschließglieds ermöglicht es, breite Durchgangsquerschnitte vorzusehen, wobei zugleich ein mechanisches Teil mit geringem Gewicht Anwendung findet, welche die Schnelligkeit begünstigt und einen verkleinerten Hub hat.
Das Steuerverschließglied besteht beispielsweise aus einem kleinen Kolben, der sich unter der Wirkung eines von einem Elektromagneten erzeugten Magnetfelds verlagert.
Vorteilhaft erfolgt das Entweichen des in der Steuerkammer enthaltenen Gases in den nachgelagerten Abschnitt 11B der Abführleitung, so dass beim Entweichen des Gases entstehender Lärm beispielsweise in den Ofen und nicht nach außen gelenkt wird, was für das Bedienpersonal störend wäre.
Vorteilhaft enthält die Einlassleitung 4, welche den Kondensator mit dem den Kolben aufnehmenden Ventilkörper verbindet, über ihre gesamte Länge einen konstanten, jedoch je nach Stellung entlang der Längsachse der Leitung eine veränderliche Geometrie aufweisenden Flächenquerschnitt, so dass im Bereich des Anschlusses zwischen der Leitung und dem Ventilkörper dieser Querschnitt im wesentlichen ellipsenförmig ist, wobei die kleinere Abmessung der Ellipse parallel zur Kolbenverlagerungsachse ausgerichtet ist.
Dadurch kann der Kolben im wesentlichen auf die Nebenachse der Ellipse verkürzt und damit sein Hub vermindert werden, ohne dabei zu Druckverlusten zu führen.
Ein Vorteil der Ausführung ergibt sich auch aus der Anordnung der Bestandteile des Ventils.
Das Einführen des von der Quelle stammenden Gases erfolgt nämlich unmittelbar im hinteren Bereich des Kolbens 7 und nicht über ein kontrolliertes Leck, wie es gewöhnlich der Fall ist.
Dadurch wird der Halt des Kolbens an seinem Sitz während der Befüllung verbessert.
Ein weiterer interessanter Aspekt liegt darin, dass das Teil, welches das Kolbenführungsmittel trägt und mit dem Ventilkörper die Kammer begrenzt, die Ventilklappe enthält, welche das Einführen von Luft gestattet und an ihrer Hinterseite das Steuerverschließglied trägt.
Diese Art von Anbringung ermöglicht einen einfachen Austausch verschiedener Elemente, ohne dabei zahlreiche Vorgänge zum Auseinander- bzw. Zusammenbauen durchführen zu müssen.

Claims

Monostabiles Ventil zur Kontrolle der plötzlichen Entladung eines in einem Kondensator enthaltenen Gases, enthaltend: – einen Körper (2), der eine Kammer (3) begrenzt und die einerseits eine mit einem Kondensator verbundene Einlassleitung (4) und andererseits eine sogenannte Entladungsöffnung (5) zum Entladen zu einer Auslassleitung (6) aufweist, – einen Kolben (7), der in der vorgenannten Kammer (3) aufgenommen ist und sich zwischen einer sogenannten Sperrstellung, in welcher die Vorderseite (7A) dieses Kolbens (7) die Entladungsöffnung versperrt, und einer sogenannten Offenstellung verlagert, in welcher diese Vorderseite so von der Entladungsöffnung beabstandet ist, dass die Luft des Kondensators plötzlich über die Auslassleitung abgeführt werden kann, wobei der Kolben – einerseits einen Kragen (8) aufweist, der die Kammer (3) in eine vordere Kammer und in eine hintere Kammer (9) unterteilt, dessen sogenannte Vorderseite (8A), die dem vorderen Bereich des Kolbens und der Entladungsöffnung zugewandt ist, dem Druck der im Kondensator eingeschlossenen Luft unterliegt, welcher Druck eine sogenannte Öffnungskraft aufbaut, die versucht ist, den Kolben zurückzuschieben und in die Offenstellung zu bringen, und – andererseits zwischen seiner Hinterseite (8B) und dem Ventilkörper die sogenannte hintere Kammer (9) begrenzt, in welcher ein Druck herrscht, der im hinteren Bereich des Kolbens eine sogenannte Sperrkraft aufbaut, welche den Kolben in seine Sperrstellung drückt, welche Sperrkraft betragsmäßig im wesentlichen gleich der Öffnungskraft ist, jedoch dieser entgegengesetzt ist, wobei das Ventil zum plötzlichen Absenken des Drucks in der hinteren Kammer gewöhnlich enthält: – ein sogenanntes Hauptverschließglied (12), das sich an einer die hintere Kammer (9) mit der Auslassleitung (6) verbindenden Abführleitung (11) befindet und zwischen einer sogenannten Schließstellung und einer sogenannten Entweichstellung beweglich ist, wobei dieses Verschließglied – einerseits in seine sogenannte Entweichstellung durch den Druck beaufschlagt wird, der in der vorgenannten hinteren Kammer herrscht und an der Vorderseite dieses Verschließglieds eine sogenannte Entweichkraft aufbaut, und – andererseits in seine Schließstellung durch den Druck eines Gases beaufschlagt wird, das in einer sogenannten Steuerkammer (13) enthalten ist und an der Hinterseite des Verschließglieds eine sogenannte Schließkraft aufbaut, mit welcher das Verschließglied an seinen Sitz gedrückt wird, und – Rückstellmittel (14, 15) zum Rückstellen des Kolbens und des Hauptverschließglieds in ihre Sperrstellung bzw. Schließstellung, wobei das Ventil ferner enthält: – an einer sogenannten Steuerleitung (17), welche die Steuerkammer zumindest mittelbar mit der Atmosphäre verbindet, ein zweites sogenanntes Steuerverschließglied (18), das zwischen einer sogenannten Unterbrechungsstellung, in welcher das in der Steuerkammer (13) enthaltene Gas nicht entweichen kann, und einer sogenannten Abführstellung beweglich ist, in welcher das in der Steuerkammer enthaltene Gas entweichen kann, – ein Antriebsmittel (19), um das Steuerverschließglied schnell in seine Abführstellung zu verlagern, und – ein Rückstellmittel (20) zum Rückstellen des Steuerverschließglieds in seine Unterbrechungsstellung, wobei dieses Ventil dadurch gekennzeichnet ist, dass – der durch den Querschnitt der Abführleitung (11) definierte Raum zumindest konstant ist bzw. sich von der hinteren Kammer (9) zur Auslassleitung (6) vergrößert, um den Druckverlust zu begrenzen und den sogenannten vorgelagerten Abschnitt (11A) der Abführleitung, welcher dem Hauptverschließglied (12) vorgelagert ist, auf einen Raumquerschnitt zu begrenzen, der im wesentlichen gleich dem des nachgelagerten Abschnitts ist, und – das Hauptverschließglied (12) vom Typ mit Membran ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sogenannte vorgelagerte Abschnitt (11A) der Abführleitung, welcher dem Hauptverschließglied vorgelagert ist, einen sichelförmigen Querschnitt aufweist, der um den nachgelagerten Abschnitt (11B) dieser Abführleitung herum angeordnet ist, welche ihrerseits einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptverschließglied (12) ein Verschließglied vom Typ mit Membran ist, das einen starren Mittelbereich hat, welcher den aktiven Teil des Verschließglieds bildet, sowie einen nachgiebigen Umfangsbereich zur Positionierung des Verschließglieds.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (21), welche das Einführen von Gas in die Steuerkammer ermöglicht, in der Membran ausgeführt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerverschließglied aus einem kleinen Kolben besteht, der sich unter der Wirkung eines von einem Elektromagneten erzeugten Magnetfelds verlagert.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entweichen des in der Steuerkammer enthaltenen Gases in den nachgelagerten Abschnitt (11B) der Abführleitung erfolgt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassleitung (4), welche den Kondensator mit dem den Kolben aufnehmenden Ventilkörper verbindet, über ihre gesamte Länge einen konstanten, jedoch je nach Stellung entlang der Längsachse der Leitung eine veränderliche Geometrie aufweisenden Flächenquerschnitt enthält, so dass im Bereich des Anschlusses zwischen der Leitung und dem Ventilkörper dieser Querschnitt im wesentlichen ellipsenförmig ist, wobei die kleinere Abmessung der Ellipse parallel zur Kolbenverlagerungsachse ausgerichtet ist.