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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zur
Regelung der Durchflußmenge eines flüssigen oder gasförmigen
Fluids, und zwar des Typs mit einem Körper, der einen Einlaß
und einen Auslaß für das Fluid aufweist, einer Trennwand, die
den Einlaß von dem Auslaß trennt und eine zylindrische
Bohrung mit einem an einem Ende davon ausgebildeten
kreisförmigen Sitz enthält, einem Ventilglied, das in der axialen
Axialrichtung des kreisförmigen Sitzes zwischen einer ersten
und einer zweiten Stellung beweglich ist, in denen das Ventil
geschlossen bzw. geöffnet ist, und einem Steuermittel, das
funktionsmäßig mit dem Ventilglied verbunden ist, um es in
eine beliebige gewünschte axiale Stellung zwischen seiner
ersten und seiner zweiten Stellung zu bringen und so die
Durchflußmenge des Fluids zu regeln, wobei das Ventilglied einen
ersten Teil, der als Verschlußelement dient, wenn sich das
Ventilglied in seiner ersten Stellung befindet, und einen
zweiten Teil, der in Bohrung in Eingriff steht und zur
Regelung der Durchflußmenge des Fluids auf einen gewünschten Wert
in Abhängigkeit von der gewählten axialen Stellung des
Ventilglieds zwischen seiner ersten und seiner zweiten Stellung
konfiguriert ist, umfaßt.
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Bekannte Ventile dieses Typs sind zum Beispiel in den
Schriften US-A-3 108 777 und FR-A-2 650 362 beschrieben. In diesen
zwei Schriften hat der erste Teil des beweglichen
Ventilglieds im wesentlichen die Form einer Scheibe und ist über
einen Stange mit dem beweglichen Kern eines Elektromagneten
verbunden, der als Steuermittel dient. Wenn die Spule des
Elektromagneten nicht erregt ist, wird das Ventilglied durch
eine Rückholfeder in seiner ersten Stellung oder
geschlossenen Stellung des Ventils gehalten. Bei diesen bekannten
elektromagnetischen Ventilen besteht der zweite Teil des
Ventilglieds aus einem Werkstück, das eine rotationssymmetrische
Form um die Achse der Stange hat, zum Beispiel eine
kegelstumpfartige Form, und das starr mit dem ersten Teil des
Ventilglieds verbunden ist. Indem man der Mantellinie der
rotationssymmetrischen Oberfläche, welche die äußere Oberfläche
des zweiten Teils des Ventilglieds bildet, eine vordefinierte
Form gibt, ist es im Prinzip möglich, eine gewünschte
Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie zu erhalten, wenn das
Ventilglied in axialer Richtung verschoben wird. Um allerdings
in der Praxis die gewünschte Durchflußmengen-Verschiebungs-
Kennlinie in effizienter Weise zu erhalten, erfordert eine
derartige Konstruktion des Ventilglieds eine perfekte
Zentrierung oder Ausrichtung der Achse seiner
rotationssymmetrischen Oberfläche zu der Achse des kreisförmigen
Sitzes des elektromagnetischen Ventils. Dies erfordert eine hohe
Präzision während der Herstellung des Sitzes und des
Ventilglieds, während der Montage der zwei Elemente in bezug
zueinander und in der Führung der Steuerungsstange des
Ventilglieds, so daß ein solches elektromagnetisches Ventil
verhältnismäßig kostspielig ist.
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Darüber hinaus ist es in bestimmten Anwendungsbereichen wie
zum Beispiel im Bereich von Gaskesseln, wo elektromagnetische
Ventile der oben aufgeführten Art als Regelungsmittel verwendet
werden, um die Durchflußmenge des Brenngases zu steuern,
das in eine Kammer mit einem Gemisch aus Luft und Gas
geleitet wird, welche vor dem Brenner des Heizkessels angeordnet
ist, und zwar in Abhängigkeit von der augenblicklichen
Heizleistung, die von dem Kessel gefordert wird, wobei die
Durchflußmenge des Gases und die Durchflußmenge der Luft in einem
vorbestimmten Verhältnis gehalten werden, häufig
wünschenswert, daß die Regelung der Durchflußmenge des Gases in sehr
feiner und gleichmäßiger Weise durchgeführt werden kann, und
zwar insbesondere in dem Bereich kleiner Durchflußmengen, das
heißt, wenn der erste Teil des beweglichen Ventilglieds sich
in einer axialen Stellung sehr nahe an dem kreisförmigen Sitz
des elektromagnetischen Ventils befindet. Mit anderen Worten
ist es in diesem Bereich kleiner Durchflußmengen
wünschenswert, daß eine gegebene axiale Verschiebung des Ventilglieds
des elektromagnetischen Ventils nur eine geringe Änderung der
Durchflußmenge des Fluids, welches durch das
elektromagnetische Ventil strömt, nach sich zieht, daß also dessen
Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie eine geringe Steigung in
dem Bereich kleiner Durchflußmengen aufweist. In der Praxis
ist dies mit einem bekannten elektromagnetischen Ventil der
oben genannten Art, in dem der zweite Teil des beweglichen
Ventilglieds eine kegelstumpfartige äußere Oberfläche hat,
nur schwer zu erreichen.
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Weiterhin ist es bei den bekannten elektromagnetischen
Ventilen der oben genannten Art üblich, den Elektromagneten mit
Hilfe eines Wechselstroms oder eines Stroms alternierenden
Typs zu erregen, um wenigstens teilweise die magnetische
Hysterese des Elektromagneten zu eliminieren, wenn dieser mit
Gleichstrom gespeist wurde. Allerdings verursacht die
Erregung des Elektromagneten durch Wechselstrom Schwankungen des
Ventilglieds, die zu Schwankungen der Durchflußmenge und des
Gasdrucks stromabwärts von dem elektromagnetischen Ventil
führen. Derartige Schwankungen sind für die Flamme des
Brenners schädlich, und zwar insbesondere im Bereich geringer
Durchflußmengen des Gases. Um diese Schwankungen zu
vermeiden, ist es somit notwendig, einen Dämpfer - zum Beispiel
einen hydraulischen Dämpfer - dem beweglichen Organ, das aus
dem Ventilglied des elektromagnetisches Ventils und dem
beweglichen Kern seines Elektromagneten besteht, zuzuordnen,
wie dies in dem US-Patent und in dem französischen Patent,
die oben aufgeführt sind, beschrieben ist. Es sei weiterhin
angemerkt, daß in dem Bereich geringer Durchflußmengen, wenn
das bewegliche Ventilglied sich sehr nahe an dem
kreisförmigen Sitz des elektromagnetischen Ventils befindet, die
Schwankungen des Ventilglieds auch Geräusche aufgrund
wiederholter Stöße des Ventilglieds gegen seinen Sitz hervorrufen
können.
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Aus diesem Grund muß der hydraulische Dämpfer sehr
leistungsfähig sein und ist deshalb verhältnismäßig schwierig zu
realisieren. Insbesondere das radiale Spiel zwischen dem Kolben
und dem Zylinder des hydraulischen Dämpfers muß sehr gering
sein, was eine hohe mechanische Präzision in der maschinellen
Bearbeitung und bei der Montage dieser zwei Elemente
erfordert. Da das Vorhandensein des hydraulischen Dämpfers die
Verschiebungsgeschwindigkeit des beweglichen Ventilglieds
stark verringert, weist das elektromagnetische Ventil zudem
eine lange Reaktionszeit auf, und man muß eine
Rückschlagklappe vorsehen, die hydraulisch parallel zu dem Dämpfer
angeschlossen wird, um ein schnelles Schließen des Ventilglieds
des elektromagnetischen Ventils zu ermöglichen, wenn dieses
auch als elektromagnetisches Sicherheitsventil verwendet werden
können muß. Tatsächlich muß in diesem Fall das
Ventilglied des elektromagnetischen Sicherheitsventils in weniger
als einer Sekunde geschlossen werden können.
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Aus allen weiter oben angegebenen Gründen sind die
elektromagnetischen Ventile der Art, die in der US-A-3 108 777 oder
der FR-A-2 650 362 beschrieben sind, verhältnismäßig
kostspielig. Auch wenn die Verwendung eines Wechselstroms oder
eines Stroms alternierenden Typs zur Erregung des
Elektromagneten es möglich macht, die magnetische Hysterese des
Elektromagneten wenigstens teilweise zu eliminieren, so wird
jedoch die mechanische Hysterese aufgrund von Reibungsvorgängen
dadurch nicht unterdrückt. Da die Hinzufügung eines
hydraulischen Dämpfers zu dem elektromagnetischen Ventil dazu führt,
daß die Reibungsvorgänge erhöht werden, erhöht ein solcher
Dämpfer folglich die mechanische Hysterese und dies um so
mehr, je leistungsfähiger der Dämpfer ist. Nun ist die
mechanische Hysterese - aus den Gründen, die schon in der FR-A-2
650 362 dargelegt sind - in dem Fall störend, in dem das
elektromagnetische Ventil als Regelungselement in einem
Temperaturregelkreis eingesetzt wird, weil es die Präzision der
Regelung verschlechtert.
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Aus den Patentschriften CH 581 284 A (Klein Schanzlin &
Becker AG), FR 619 503 A (P. Pascale) und US 4 125 129 A
(Baumann Hans D.) sind ebenfalls Ventilglieder bekannt, die
zwei Teile umfassen. Allerdings sind diese zwei Teile nicht
abgeteilt, sondern starr miteinander verbunden.
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Die vorliegende Erfindung hat daher vor allem zum Ziel, ein
Ventil der Art bereitzustellen, das im Oberbegriff definiert
worden ist und das es möglich macht, die Durchflußmenge eines
flüssigen oder gasförmigen Fluids in präziser Weise und gemäß
einer vordefinierten Gesetzmäßigkeit in Abhängigkeit von der
axialen Verschiebung seines beweglichen Ventilglieds zu
regeln, ohne daß jedoch eine hohe mechanische Präzision
erforderlich ist, so daß das Ventil deutlich preisgünstiger als
bekannte Ventile derselben Art gefertigt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls zum Ziel, ein Ventil
bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Durchflußmenge des
Fluids in feiner und gleichmäßiger Weise geregelt werden
kann, und zwar wenigstens in dem Bereich geringer
Durchflußmengen der Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie des
Ventils.
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Hilfsweise hat die vorliegende Erfindung ebenfalls zum Ziel,
ein elektromagnetisches Ventil bereitzustellen, das es
gestattet, die Durchflußmenge eines unter Druck stehenden
Fluids zu modulieren, wobei das bewegliche Ventilglied durch
einen Elektromagneten gesteuert wird, der durch einen
Wechselstrom oder einen Strom alternierenden Typs erregt wird,
und einem hydraulischen Dämpfer zugeordnet ist, und die
gesamte Baugruppe eine geringe magnetische Hysterese, eine
geringe mechanische Hysterese und eine bessere Reaktionszeit
aufweist und einfach und preisgünstig hergestellt werden
kann.
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Zu diesem Zweck ist das Ventil gemäß der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Ventilglieds vom
ersten Teil des Ventilglieds abgeteilt ist und eine
zylindrische Außenfläche mit einem solchen Durchmesser besitzt, daß
er sich mit der zylindrischen Fläche der Bohrung ohne Reibung
in Gleitkontakt befindet, und ein Mittel zum Annähern des
ersten
und des zweiten Teils des Ventilglieds aneinander
aufweist, um einen einfachen gegenseitigen Kontakt herzustellen
und diesen Kontakt dauerhaft aufrechtzuerhalten, so daß sie
sich unter der Wirkung des Steuermittels in Axialrichtung
zusammen und in gleichem Ausmaß verschieben.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Teil
des Ventilglieds mindestens eine Aussparung auf, die in der
zylindrischen Außenfläche des zweiten Teils des Ventilglieds
so ausgebildet ist, daß sie einen Durchlaß mit vordefinierter
Form definiert.
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Aufgrund der Tatsache, das der erste und zweite Teil des
Ventilglieds voneinander abgeteilt sind, braucht die
Steuerungsstange, die mit dem ersten Teil des Ventilglieds verbunden
ist, nicht mehr perfekt mit der Achse des kreisförmigen
Sitzes ausgerichtet zu werden und braucht also nicht mehr in
äußerst präziser Weise montiert und geführt zu werden.
Demzufolge werden die Fertigung und die Montage des Ventils sehr
vereinfacht. Da der zweite Teil des Ventilglieds gleitend in
der zylindrischen Bohrung des Sitzes montiert ist und einen
gleitenden Kontakt mit der Bohrung hat, bleibt der zweite
Teil des Ventilglieds bezüglich der Achse des kreisförmigen
Sitzes auf Dauer perfekt ausgerichtet und zentriert, so daß
es ausreicht, der Aussparung (oder den Aussparungen), die in
der zylindrischen Außenfläche des zweiten Teils des
Ventilglieds ausgebildet ist, eine angemessene Form zu geben, um
den gewünschten Wert der Durchflußmenge des Fluids für jede
axiale Stellung des zweiten Teils des Ventilglieds in bezug
auf den kreisförmigen Sitz zu erreichen und so die gewünschte
Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie zu erhalten.
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Vorzugsweise hat der oder haben die Durchlässe, die von der
bzw. den oben erwähnten Aussparungen gebildet werden, einen
Durchlaßquerschnitt, der in der Richtung der axialen
Verschiebung des Ventilglieds so variiert, daß man die
gewünschte Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie erhält. Wie weiter
unten ersichtlich ist, kann der oder können die oben
erwähnten Durchlässe so geformt werden, daß die erhaltene
Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie eine geringe Steigung in
dem Bereich kleiner Durchflußmengen aufweist. Dies ist
besonders vorteilhaft in dem Fall, wo das Ventil in der Form eines
elektromagnetischen Ventils realisiert wird, das von einem
Elektromagneten gesteuert wird, welcher von einem Strom
alternierenden Typs erregt wird, und der Elektromagnet einer
Rückholfeder, die das Ventilglied in Abwesenheit einer
Erregung des Elektromagneten in seiner ersten Stellung hält, und
einem hydraulischen Dämpfer zugeordnet ist, der die
Verschiebung des Ventilglieds, welche durch die Erregung des
Elektromagneten bewirkt wird, steuert. Da in dem Bereich geringer
Durchflußmengen eine geringe Verschiebung des Ventilglieds
nur eine sehr kleine Änderung der Durchflußmenge herruft,
wird es in diesem Fall tatsächlich möglich, kleine,
verbleibende mechanische Schwankungen des Ventilglieds zu
tolerieren. Demzufolge benötigt der hydraulische Dämpfer des
elektromagnetischen Ventils gemäß der Erfindung kein so großes
Dämpfungsvermögen wie derjenige von bekannten
elektromagnetischen Ventilen nach dem bisherigen Stand der Technik. Es
ergibt sich daraus, daß die Konstruktion des hydraulischen
Dämpfers beträchtlich vereinfacht werden kann. Insbesondere
das Spiel zwischen dem Kolben und dem Zylinder des
hydraulischen Dämpfers kann ungefähr 1 mm betragen, während es sich
bei dem Dämpfer, der bekannten elektromagnetischen Ventilen
zugeordnet ist, auf 20 um belaufen muß. Darüber hinaus ist
die Reaktionszeit des elektromagnetischen Ventils deutlich
verbessert, weil das Ventilglied durch den hydraulischen
Dämpfer weniger gebremst wird. Überdies kann sich das
elektromagnetische Ventil in ganz natürlicher Weise unter der
Einwirkung der Rückholfeder des Ventilglieds schnell
schließen, ohne daß es notwendig ist, eine Rückschlagklappe zu
montieren, die hydraulisch parallel zu dem hydraulischen Dämpfer
geschaltet ist. Das elektromagnetische Ventil gemäß der
Erfindung ist also gut geeignet, um auch als
elektromagnetisches Sicherheitsventil verwendet zu werden. Schließlich
sorgen die kleinen, verbleibenden mechanischen Schwankungen, die
oben erwähnt sind, aufgrund der Schwenkbewegung für eine
Verringerung der Reibungsvorgänge, die es zusammen mit der
Reduzierung der inneren Reibungsvorgänge des hydraulischen
Dämpfers möglich machen, die mechanische Hysterese, die man bei
den bekannten, oben angeführten elektromagnetischen Ventilen
nach dem bisherigen Stand der Technik findet, nahezu
vollständig zu eliminieren.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Mittel, das es gestattet, einen permanenten Kontakt zwischen
dem ersten und zweiten Teil des Ventilglieds
aufrechtzuerhalten, aus einer Feder, zum Beispiel einer zylindrischen
Schraubenfeder, bestehen, die den zweiten Teil des
Ventilglieds in axialer Richtung gegen den ersten Teil des
Ventilglieds schiebt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das
Mittel zur Aufrechterhaltung des Kontakts zum Beispiel aus
einem Dauermagneten bestehen, der entweder von dem ersten
oder von dem zweiten Teil des Ventilglieds getragen wird, wobei
der andere Teil zumindest teilweise aus einem
magnetisierbaren Material hergestellt wird.
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Andere charakteristische Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung treten im Laufe der folgenden Beschreibung
besser zutage, die unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen gegeben wird. Es zeigen:
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Fig. 1 in schematischer Form ein elektromagnetisches
Ventil, zum Teil als senkrechte Schnittansicht
und zum Teil als Vorderansicht, gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem
beweglichen Ventilglied, welches aus zwei
getrennten Teilen besteht, deren Kontakt zueinander
aufrechterhalten wird;
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Fig. 2 in größerem Maßstab den einen der zwei Teile des
Ventilglieds des elektromagnetischen Ventils von
Fig. 1 in Vorderansicht;
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Fig. 3 eine Teilansicht eines senkrechten Schnitts längs
der Linie III-III von Fig. 2;
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Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils F von Fig.
2;
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Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V von
Fig. 4;
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Fig. 6 ein Diagramm, das die Durchflußmengen-
Verschiebungs-Kennlinie des elektromagnetischen
Ventils von Fig. 1 angibt;
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Fig. 7 eine Teilansicht eines Ventils oder eines
elektromagnetischen Ventils gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer der zwei
Teile des beweglichen Ventilglieds des Ventils
von Fig. 7;
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Fig. 9 ein Diagramm, das die Durchflußmengen-
Verschiebungs-Kennlinie des Ventils von Fig. 7
angibt;
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Fig. 10 eine perspektivische Darstellung, die der Fig. 8
ähnlich ist und eine Variante zeigt;
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Fig. 11 ein Diagramm, das die Durchflußmengen-
Verschiebungs-Kennlinie des Ventils von Fig. 7
angibt, und zwar für den Fall, in dem das Ventil
mit einem beweglichen Ventilglied ausgerüstet
ist, das ein Teil gemäß der Fig. 10 hat;
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Fig. 12 eine Ansicht, die der Fig. 7 ähnlich ist und
noch eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 13 eine perspektivische Darstellung, die den Fig.
8 und 10 ähnlich ist und einen der zwei Teile des
Ventilglieds des Ventils zeigt, das teilweise in
der Fig. 12 dargestellt ist;
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Fig. 14 ein Diagramm, das die Durchflußmengen-
Verschiebungs-Kennlinie des Ventils von Fig. 12
angibt.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 umfaßt das
elektromagnetische Ventil 1 gemäß der Erfindung einen Körper 2 mit einem
Einlaßrohr 3 und einem Auslaßrohr 4, das von dem Einlaßrohr 3
durch eine Trennwand 5 getrennt ist, in der eine zylindrische
Bohrung 6 ausgebildet ist. An einem der Enden der Bohrung 6
ist ein kreisförmiger Sitz 7 für ein bewegliches Ventilglied
8 ausgebildet. Ein Steuermittel 9 ermöglicht es, das
Ventilglied 8 axial zu verschieben, das heißt, in die axiale
Richtung der Bohrung 6 und des kreisförmigen Sitzes 7 zwischen
einer ersten (in der Fig. 1 gezeigten) Stellung, in der das
Ventil 1 geschlossen ist, und einer zweiten Stellung, in der
das Ventil 1 geöffnet ist. Das Ventilglied 8 kann mit dem
Steuermittel 9 in jede gewünschte Stellung zwischen der
ersten und der zweiten Stellung positioniert werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das
Steuermittel 9 aus einem Elektromagneten, der im wesentlichen eine
Magnetspule 11, einen festen Magnetkreis bzw. ein Joch 12 und
einen beweglichen Kern 13 im Inneren der Magnetspule 11
umfaßt. Das Joch 12 und der Kern 13 bilden die Pole des
Elektromagneten 9 und sind so gestaltet, daß sie den Kern 13
gemäß einer Verschiebung mitführen, die proportional zu der
Stärke des Erregerstroms ist, der von einer (nicht
dargestellten) Stromquelle geliefert wird. Der Kern 13 ist über
eine Stange 14 mit dem Ventilglied 8 verbunden.
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In dem Fall, wo die Quelle des Erregerstroms eine Quelle mit
Strom eines alternierenden Typs ist, wird ein Dämpfer 15
vorgesehen, um die Schwankungen des Ventilglieds 8 zu dämpfen.
Dieser Dämpfer 15 umfaßt im wesentlichen einen Zylinder 16,
der die Stange 14 koaxial umgibt und der mit Öl gefüllt ist,
sowie einen Kolben 17, der von der Stange 14 gehalten wird
und den Innenraum des Zylinders 16 in eine obere Kammer und
eine untere Kammer teilt. Eine zylindrische Schraubenfeder
18, die in der oberen Kammer des Zylinders 16 plaziert ist,
schiebt den Kolben 17 nach unten und gewährleistet so, daß
das Ventilglied in Abwesenheit von Erregerstrom einen dichten
Kontakt mit dem Sitz 7 hat. Eine Abdichtungsmanschette 19,
die einerseits an der Stange 14 und andererseits an dem
unteren Ende des Zylinders 16 befestigt ist, trennt das
Einlaßrohr 3 von der unteren Kammer des Zylinders 16 des Dämpfers,
die das Öl enthält.
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Das elektromagnetische Ventil 1, das oben beschrieben worden
ist, hat eine so typische Struktur, daß es nicht für
notwendig gehalten wird, dieses in weiteren Einzelheiten zu
beschreiben, da man im Bedarfsfall das Patent FR-A-2 650 362
oder das Patent US-A-3 108 777 zu Rate ziehen kann.
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Das Ventilglied 8 besteht in bekannter Weise aus zwei Teilen
8a und 8b. Der Teil 8a, der zum Beispiel aus einer
metallischen Schale bestehen kann, die nach unten offen ist und eine
Stopfbuchsenpackung beispielsweise aus Kautschuk enthält,
dient als Absperrelement in dem Sinn, daß in Abwesenheit der
Erregung des Elektromagneten der Teil 8a sich in dichter
Weise gegen den kreisförmigen Sitz 7 legt, um das Ventil zu
schließen und jeden Abfluß von Fluid durch die Bohrung 6 von
dem Einlaßrohr 3 zu dem Auslaßrohr 4 zu verhindern. Wenn das
elektromagnetische Ventil 1 geöffnet ist, das heißt, wenn der
Teil 8a des Ventilglieds 8 von dem Sitz 7 weggerückt ist,
dient der Teil 8b des Ventilglieds 8 zur Regelung der
Durchflußmenge des Fluids, das zu dem Auslaßrohr 4 strömt, und
zwar in Abhängigkeit von der axialen Stellung des
Ventilglieds 8 in bezug auf den Sitz 7.
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In dem elektromagnetischen Ventil gemäß der Erfindung ist der
Teil 8b des Ventilglieds 8 von dem Teil 8a getrennt, mit dem
der Kontakt einfach zum Beispiel mittels einer Feder 21 wie
etwa einer zylindrischen Schraubdruckfeder aufrechterhalten
wird, wobei das eine ihrer Enden sich gegen eine Innenwand 22
des Körpers 2 stützt und das andere Ende sich axial gegen den
Teil 8b des Ventilglieds 8 in einer Weise stützt, die weiter
unten beschrieben ist. Außerdem hat der Teil 8b des
Ventilglieds 8 gemäß der Erfindung die Form eines zylindrischen
Stücks, dessen äußere zylindrische Oberfläche einen
Durchmesser hat, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der
Bohrung 6 ist, so daß das zylindrische Stück, aus dem der
Teil 8b des Ventilglieds 8 besteht, nahezu ohne radiales
Spiel und ohne Reibung in der Bohrung 6 gleiten kann.
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So ist es klar, daß, wenn der Teil 8a des Ventilglieds 8 von
dem Sitz 7 wegbewegt wird, indem er von dem Elektromagneten 9
nach oben verschoben wird, der Teil 8b des Ventilglieds 8 von
der Feder 21 ebenfalls nach oben verschoben wird und dabei in
Kontakt mit dem Teil 8a des Ventilglieds bleibt. Umgekehrt,
wenn der Teil 8a des Ventilglieds in die Richtung des Sitzes
7 abgesenkt wird, stößt er den Teil 8b des Ventilglieds nach
unten und drückt die Feder 21 zusammen. Man sieht so, daß die
zwei Teile 8a und 8b des Ventilglieds sich unter der
kombinierten Einwirkung des Elektromagneten 9 und der Feder 21
axial zusammen und im gleichen Maß verschieben können. Es ist
ebenfalls ersichtlich, daß es nicht notwendig ist, daß die
Stange 14 perfekt mit der Achse des kreisförmigen Sitzes 7
oder mit der Achse des zylindrischen Stücks, welches den Teil
8b des Ventilglieds bildet, ausgerichtet ist, damit das
System einwandfrei funktionieren kann.
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Wenigstens eine Aussparung 23 ist in der äußeren
zylindrischen Oberfläche des Stücks, welches den Teil 8b des
Ventilglieds 8 bildet, geformt. Diese Aussparung 23 ist derart
geformt, daß ein Durchlaß mit einer vordefinierten Form in
solcher Weise festgelegt wird, daß man eine Fluiddurchflußmenge
mit einem vorher festgelegten Wert in Abhängigkeit von der
axialen Stellung des Ventilglieds 8 in bezug auf den Sitz 7
erhält.
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Die Fig. 2 bis 5 zeigen eine erste Ausführungsform des
zylindrischen Stücks, aus dem der Teil 8b des Ventilglieds 8
besteht. Der Teil 8b, der in den Fig. 2 bis 5 gezeigt
wird, besteht im wesentlichen aus einem hohlen, zylindrischen
Element, das mehrere Längsschlitze oder -kerben 23 umfaßt,
zum Beispiel sechs Kerben 23, die in gleichmäßigen
Winkelabständen auf der Umfangsfläche verteilt sind. Genauer gesagt,
kann jede Kerbe 23, so wie dies insbesondere in den Fig. 2
bis 4 ersichtlich ist, drei aufeinanderfolgende Teile 24, 25
und 26 umfassen, die sich von dem oberen Ende des Teils 8b
des Ventilglieds 8 zu dessen unterem Ende erstrecken. Der
obere Teil 24 der Kerbe 23, der eine axiale Länge 11 hat,
weist eine Breite auf, die verhältnismäßig langsam von dem
oberen Ende des Teils 8b nach unten zunimmt, das heißt, von
außen gesehen hat der obere Teil 24 der Kerbe 23 eine auf den
Kopf gestellte V-Form mit einem spitzen Winkel. Die Querschnittsfläche
des Teils 24 der Kerbe 23 hat ebenfalls eine
V-Form, die in bezug auf den Teil 8b nach außen geöffnet ist,
wie in der Fig. 4 dargestellt ist. Darüber hinaus hat der
Teil 24 der Kerbe 23 eine Tiefe, die von einem Wert Null, der
im wesentlichen am oberen Ende des Teils 8b liegt, bis zu
einem vorher festgelegten Wert e&sub1; in der Region ansteigt, in
der der Teil 25 der Kerbe 23 beginnt, wie in der Fig. 3
dargestellt ist. Der Teil 25 der Kerbe 23, der eine axiale Länge
12 hat, weist eine Breite auf, die deutlich schneller als
diejenige des Teils 24 zunimmt. Anders gesagt und in bezug
auf den Teil 8b von außen gesehen, hat der Teil 24 die Form
eines verhältnismäßig spitzen Daches (mit dem spitzen Winkel
), während der Teil 25 die Form eines verhältnismäßig
abgeflachten Daches hat. Schließlich hat der dritte Teil 26 der
Kerbe 23, der sich über die verbleibende Länge des Teils 8b
erstrecken kann, über seine gesamte Länge eine konstante
Breite und eine konstante Tiefe. Wie in der Fig. 4
dargestellt ist, wird der Boden der Teile 26 von allen Kerben 23
durch eine zylindrische Oberfläche gebildet, und die Teile 26
der Kerben 23 sind durch Längsrippen 27, die eine konstante
Breite e&sub2; haben, voneinander getrennt. Eine große Öffnung 28
ist in dem Boden des Teils 25 und in dem oberen Teil des
Bodens des Teils 26 von jeder Kerbe 23 gebildet, wie in den
Fig. 2, 3 und 5 gezeigt ist.
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Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ragen mehrere Arme
29, zum Beispiel sechs Arme 29, in Hakenform radial aus der
inneren, zylindrischen Oberfläche des zylindrischen Teils 8b
hervor. Diese Arme 29 bilden zusammen sowohl eine
Anschlagvorrichtung als auch eine Zentrierungsvorrichtung für das
obere Ende der Feder 21, die den Teil 8b des Ventilglieds 8
in Kontakt mit dessen Teil 8a schiebt.
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Wenn die Bohrung 6 einen Innendurchmesser von 13 mm hat,
können die Parameter ø1, ø2, ø3, ø4, I&sub1;, I&sub2;, e&sub1;, e&sub2; und
beispielsweise die folgenden Werte haben:
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ø1 = 12,9 mm I&sub1; = 1 mm
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ø2= 11 mm I&sub2; = 1 mm
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ø3 = 10 mm e&sub1; = 2 mm
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ø4= 8 mm e&sub2; = 1 mm
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= 60º
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In der Fig. 6 stellt die Kurve A die Durchflußmengen-
Verschiebungs-Kennlinie dar, die mit dem elektromagnetischen
Ventil der Fig. 1 bis 5 erreicht wird, wobei der Teil 8b
die oben angegebenen Abmessungen hat, wenn dieses
elektromagnetische Ventil mit Stadtgas versorgt wird und sein
Ventilglied 8 von dem Elektromagneten 9 von der in der Fig. 1
gezeigten Stellung, in der das elektromagnetische Ventil
geschlossen ist, bis zu einer Stellung verschoben wird, in der
der Teil 8a des Ventilglieds 8 um drei Millimeter von dem
Sitz 7 entfernt ist. Wie man in der Fig. 6 sehen kann,
ändert sich die Durchflußmenge des Gases sehr wenig mit der
Verschiebung des Ventilglieds, wenn der Teil 8a des
Ventilglieds 8 sich noch sehr nahe an dem Sitz 7 befindet (weniger
als 1 mm), das heißt in dem Bereich geringer Durchflußmengen.
Dies ist besonders günstig in dem Fall eines
elektromagnetischen Ventils, das die Durchflußmenge des Gases moduliert,
das zu dem Brenner eines Heizkessels geleitet wird, weil die
Flamme des Brenners auch dann stabil bleiben kann, wenn der
Elektromagnet 9 des elektromagnetischen Ventils mit
Wechselstrom gespeist wird.
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Die Fig. 7 und 8 stellen eine andere Ausführungsform der
Erfindung dar, in der der Teil 8b des Ventilglieds 8 hier aus
einem massiven zylinderförmigen Element besteht, das zwei
Längsaussparungen oder -nuten 23 in seiner äußeren
Umfangsfläche in diametral gegenüberliegenden Stellungen aufweist.
Jede Längsnut 23 hat hier einen V-förmigen Querschnitt über
die gesamte Länge des Teils 8b des Ventilglieds, und zwar mit
einer Tiefe, die linear von einem Wert 0 bis zu einem
vordefinierten Wert von dem oberen Ende bis zu dem unteren Ende
des zylinderförmigen Teils 8b (Fig. 7) zunimmt. Mit einem
solchen zylinderförmigen Teil 8b erhält man eine
Durchflußmengen-verschiebungs-Kennlinie B, die linear ist, wie in der
Fig. 9 dargestellt ist.
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Außerdem verwendet man in der Ausführungsform der Fig. 7
anstatt einer Feder einen Dauermagneten 31 als Mittel, um den
Kontakt zwischen dem Teil 8b des Ventilglieds 8 und dessen
Teil 8a aufrechtzuerhalten. Der Magnet 31 kann zum Beispiel
die Form einer Scheibe haben, die von dem Teil 8a des
Ventilglieds 8 getragen wird. In diesem Fall muß der Teil 8b
mindestens teilweise aus einem magnetisierbaren Material
hergestellt werden. Natürlich könnte man auch eine umgekehrte
Anordnung haben. Zum Beispiel könnte der Dauermagnet aus einem
Stabmagneten bestehen, der mittig in den Teil 8b des
Ventilglieds 8 eingeführt worden ist, wobei dessen Teil 8a dann in
seinem mittleren Teil aus einem magnetisierbaren Material
hergestellt wird.
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Der Teil 8b des Ventilglieds, der in der Fig. 10 dargestellt
ist, hat, wie in der Fig. 8 gezeigt ist, zwei
Längsaussparungen oder -nuten 23, die an diametral gegenüberliegenden
Stellungen auf seiner Umfangsfläche ausgebildet sind, wobei
jede Nut 23 einen V-förmigen Querschnitt hat. Allerdings hat
jede Nut 23 - in dem Teil 8b der Fig. 10 - in ihrem oberen
Teil 23a eine Breite, die linear weniger stark ansteigt als
in dem unteren Teil 23b der Nut 23, so daß man eine
Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie erhält, welche die Form
hat, die durch die Kurve C in der Fig. 11 dargestellt ist.
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In der Ausführungsform, die in den Fig. 12 und 13
dargestellt ist, ist der Teil 8b des Ventilglieds 8 wiederum in
der Form eines massiven, zylinderförmigen Stücks realisiert,
dessen Kontakt mit dem Teil 8a des Ventilglieds durch einen
Dauermagneten 31 aufrechterhalten wird. In dieser
Ausführungsform unterscheidet sich der Teil 8b des Ventilglieds von
denjenigen, die in den Fig. 8 und 10 gezeigt sind,
dadurch, daß jede der zwei Längsnuten 23 hier eine Breite und
eine Tiefe hat, die über die gesamte Länge des Teils 8b
konstant sind. Man erhält also eine Durchflußmengen-
Verschiebungs-Kennlinie, welche die Form hat, die durch die
Kurve D in der Fig. 14 dargestellt ist.
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Es versteht sich von selbst, daß die Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, die weiter oben beschrieben worden
sind, als Beispiele, lediglich zu Darstellungszwecken gegeben
worden sind und keinesfalls einschränkenden Charakter haben
und daß zahlreiche Modifikationen problemlos von Fachleuten
vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsrahmen zu
verlassen. Dies gilt insbesondere dafür, daß die
Strömungsrichtung des Fluids im Inneren des elektromagnetischen Ventils 1
umgekehrt zu der dargestellten Strömungsrichtung sein kann,
wobei das Rohr 4 dann das Einlaßrohr und das Rohr 3 das
Auslaßrohr ist. Weiterhin kann der hydraulische Dämpfer 15 durch
einen pneumatischen Dämpfer ersetzt werden. Darüber hinaus
könnte man, anstatt einen Elektromagneten zur Steuerung des
Ventilglieds 8 des Ventils zu verwenden, andere lineare
Stellglieder verwenden, wie zum Beispiel eine
Schneckenvorrichtung mit Mutter, die von einem elektrischen Umkehrmotor
angetrieben wird oder auch jedes andere Steuermittel,
einschließlich rein mechanischer Steuermittel, das geeignet ist,
eine lineare Verschiebung des Ventilglieds 8 zu bewirken.
Tatsächlich läßt sich die vorliegende Erfindung auf jede Art
von Ventilen anwenden, deren Ventilglied axial in bezug auf
einen kreisförmigen Sitz beweglich ist, sobald man eine
vordefinierte Durchflußmengen-Verschiebungs-Kennlinie mit einer
guten Präzision erhalten will, ohne daß es jedoch deswegen
notwendig ist, das Ventilglied 8 und seine Steuerstange 14
perfekt in bezug auf die Achse des Sitzes 7 zu zentrieren.