DE9202519U1 - Ventil - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HE-LMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

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7530 PFORZHEIM (west-germany)

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04.02.1992 St/Wa

Herr Michael Lanny, D-7547 Wildbad

Ventil

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem Ventil mit dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Dieses bekannte Ventil weist einen Primär-, einen Sekundäranschluß auf für ein Medium mit dem entsprechenden Primär- oder Sekundärdruck auf. Ebenso weist es ein axial im Ventilgehäuse verschiebbares Ventilglied auf, das durch einen Proportionalmagneten mit einer Kraft axial beaufschlagt wird. Das Ventilglied weist an einem Ende eine Sitzfläche auf, die mit einem Ventilsitz am Ventilgehäuse zusammenarbeitet. Durch die Anordnung aus dem Ventilsitz und der Sitzfläche am Ventilglied kann der Durchgang vom Sekundäranschluß zum Primäranschluß geöffnet oder geschlossen werden. Dabei ist das Ventilglied so ausgebildet, daß es mit seinen Axialflächen, das sind solche Flächen, die nicht achsparallel verlaufen und an die ein Mediendruck ansteht, so flächenausgeglichen, daß das erste Ventilglied gegenüber dem Primärdruck druckentlastet ist. Dagegen weist das Ventilglied eine Differenzaxialfläche auf, welche bei anstehendem

Sekundärdruck eine Kraft bewirkt, die der Kraft durch den Proportionalmagneten entgegenwirkt.

Auch ist aus der DE-37 22 315 - C2 ein 3/2-Wegeventi 1 bekannt, das neben dem Primär- und dem Sekundär- einen Tertiäranschluß für ein Medium mit einem Tertiärdruck zum Entlüften aufweist. Auch besitzt es zudem ein zweites, ebenfalls durch einen Proportionalmagneten betätigtes, koaxial zum ersten Ventilglied im Ventilgehäuse axial bewegliches Ventilglied, das an einem dem ersten Ventilglied zugewandten Ende einen zweiten Ventilsitz zeigt, der mit der Sitzfläche des ersten Ventilglieds zusammenwirkt. Durch diese zweite Anordnung aus zweitem Ventilsitz und Sitzfläche wird ein Durchgang zwischen Sekundäranschluß und Tertiäranschluß geöffnet oder geschlossen. Auch bei diesem 3/2-Wege-Venti1 ist das erste Ventilglied durch die ausgeglichenen Axialflächen gegen Primärdruck druckentlastet, während es und insbesondere auch das zweite Ventilglied gegen den Sekundärdruck nicht druckentlastet sind. Dadurch entsteht in Abhängigkeit des Sekundärdrucks eine Kraft, die der Kraft durch den Proportionalmagneten entgegenwirkt .

Nachteilig an den bekannten Ventilen ist, daß sie abhängig von Sekundärdruck für eine sichere und präzise Funktion eine andere Geometrie für die Ventilglieder oder einen anderen Proportionalmagneten erfordern.,

über
da die Druckverhältnisse/die Differenzaxialflächen die Kraftverhältnisse im Ventil bestimmen und somit den

Gegebenheiten angepaßt werden müssen. Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Ventile aufgrund der Geometrie und der begrenzten Größe der Proportionalmagneten lediglich Drücke bis zu 20 bar sicher regeln oder steuern können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil anzugeben, das ohne Änderung der Konstruktion oder des Aufbaues für die unterschiedlichsten Drücke insbesondere auch über 20 bar verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran-Sprüche.

Erfindungsgemäß wird das Ventilglied so ausgebildet, daß es solche Axialflächen aufweist, die nicht nur gegen den Primärdruck, sondern auch gegen den Sekundärdruck flächenausgeglichen und somit vollständig druckentlastet ist. Die Betätigungsorgane für die Rückstellung des Ventilglieds entgegen der Kraft F durch das Betätigungsorgan des Ventilglieds gewährleisten jetzt, daß das Ventil sich stets in einem klar definierten Zustand befindet.

Durch die druckentlastete Ausbildung des Ventilgliedes muß nun unabhängig vom anstehenden Sekundärdruck nur noch eine solche Kraft F durch das Betätigungsorgan der Ventilglieder aufgebracht werden, die lediglich die Reibung und ggfs. den Widerstand der Betätigungs-

organe für die Rückstellung der Ventilglieder überwindet. Es wird somit also möglich Drücke von weit über 20 bar zu steuern oder zu regeln, ohne daß konstruktionel Ie Änderungen am Ventil notwendig wären. Die maximalen Drücke sind lediglich durch die Materialstärken oder die Qualität der Abdichtungen der einzelnen Medien mit den verschiedenen Drücken gegeneinander gegeben. Die Kraft für die Betätigung der Ventilglieder ist dabei völlig unabhängig von den angelegten Drücken wie auch von den Nennweiten, für die das Ventil vorgesehen ist.

Eine Anpassung durch Einbau eines anderen Betätigungsorganes für das Ventilglied oder durch den Austausch des Ventilgliedes zur Anpassung der Differenzflächen an die verschiedenen Druckverhältnisse in verschiedenen Einsatzbereichen des Ventils ist somit nicht mehr notwendig, was es nun möglich macht, daß ein solches Ventil ohne teure Anpassungen durch den Fachmann von einem weniger Fachkundigen an einem neuen Einsatzort angebracht und dort angeschlossen wird. Dieses reduziert die Kosten für die Handhbung der Vent i Ie wesent 1 ich .

Erfindungsgemäß wird das Ventil mit einem Tertiäranschluß für ein Medium mit einem Tertiärdruck zum Entlüften und einem zweiten zum ersten koaxailen Ventilglied versehen, das im Ventilgehäuse ebenso in Axialrichtung verschiebbar geführt und axial von einem Betätigungsorgan mit einer Kraft F beaufschlagbar ist. Das zeite Ventilglied bildet mit dem ersten Ventilglied eine zweite Anordnung aus einer Sitzfläche und einem Ventilsitz, welche in der Ruhestellung sowie in der Arbeits-

Stellung den Durchgang zwischen dem Sekundäranschluß und dem Tertiäranschluß sperrt, während in der Entlüftungsstellung dieser Durchgang geöffnet ist. In der Entlüftungsstellung des Ventils ist zugleich der Durchgang zwischen dem Primäranschluß und dem Sekundäranschluß über die erste Anordnung aus Sitzfläche und Ventilsitz gesperrt. Das Ventil zeigt ebenso Betätigungsorgane für die Rückstellung des zweiten Ventilglieds, welche der Kraft F entgegenwirken. Erfindungsgemäß ist das zweite Ventilglied so ausgebildet, daß seine Axialflächen flächenausgeglichen sind und somit neben dem ersten Ventilglied auch das zweite Ventilglied vollständig druckentlastet ist. Durch diese erfindungsgemäße Neuerung ist es nun möglich, unabhängig von den anstehenden Drücken eine solche Kraft F zur Betätigung der Ventilglieder zu benutzen, die lediglich die Reibung bzw. den Widerstand der Betätigungsorgane für die Rückstellung der Ventilglieder überwindet und somit für die verschiedensten Einsatzbereiche konstante Kraftverhältnisse ermöglicht. Durch die Ausbildung aus 3/2-Wege-Ventil ist es gegenüber einem 2/2-Wege-Venti1 möglich über ein und dasselbe Ventil auch für die Druckreduzierung also die Entlüftung zu sorgen.

Erfindungsgemäß wird die eine Sitzfläche (9) von der anderen Sitzfläche (6) getrennt ausgebildet, wodurch beide Anordnungen aus Ventilsitz und Sitzflächen unabhängig voneinander ausgebildet werden können, was die

Ausbildung der axialflächenausgeglichenen Ventilglieder wesentlich vereinfacht, da die räumliche Nähe der Ventilsitze nicht mehr vorhanden ist.

Durch das druckdichte Abschließen des Raumes, in dem das Betätigungsorgan der vent &igr; iglieder untergebracht ist und durch das Verbinden dieses Raumes mit dem Sekundäranschluß gelingt es, auf vorteihafte Weise zusätzliche Möglichkeiten zu schaffen, daß der Sekundärdruck auf das erste bzw. das zweite Ventilglied direkt oder über das Betätigungsorgan so einwirkt, daß die Axialflächenausgeglichenheit des Ventilglieds mit dem Betätigungsorgan besodners einfach und sicher gewährleistet werden kann. Eine besonders einfache Art der Verbindung des Sekundäranschlusses mit dem Raum für das Betätigungsorgan der Ventilglieder ist durch eine durchgängige Längsbohrung durch das eine Ventilglied oder die beiden Ventilglieder gegeben. Diese Art der Verbindung ist eine sehr einfache und raumsparende Möglichkeit, die eine Reduzierung der Baugröße des Ventils ermöglicht. Durch diese vorteilhafte Längsbohrung wird/ Si im 3/2-Wege-Venti1 ermöglicht, daß beim Abheben des zweiten Ventilglieds vom ersten Ventilglied und damit beim Trennen der Anordnung aus Ventilsitz und Sitzfläche der Durchgang für das Medium mit dem Sekundärdruck zum Tertiäranschluß besonders einfach geöffnet wird. Somit sind auf sehr raumsparende Weise die Flächenausgeg 1 ichenheit durch die Verbindung zum Raum für das Betätigungsorgan über die Längsbohrung und die Ausbildung des Durch-

ganges zwischen dem Sekundäranschluß und dem Tertiäranschluß gegeben.

Vorzugsweise weist das Ventilgehäuse eine ringförmige Ausnehmung um das eine oder das erste Ventilglied auf, in welche der Sekundäranschluß mündet und welche über die Anordnung aus Sitzfläche und Ventilsitz am Ventilgehäuse bzw. am Ventilglied mit dem Primäranschluß je nach Zustand der Anordnung verbunden oder von diesem getrennt ist. Durch diese ringförmige Ausnehmung kann ein großflächiger Durchgang entlang des gesamten Ringumfanges geschaffen werden, so daß große Durchsatzmengen durch das Ventil gesteuert oder geregelt werden können. Durch die ringförmige Ausnehmung kann auch sehr einfach eine gleichmäßige Druckbelastung durch den Sekundärdruck auf das erste Ventilglied gewährleistet werden, so daß ein Verkanten oder Verkeilen des Ventilgliedes bei dessem axialen Verschieben weitgehend ausgeschlossen ist.

Vorteilhafterweise wird diese ringförmige Ausnehmung mit der Längsbohrung in dem einen oder dem ersten Ventilglied über eine seitliche Ausnehmung in diesem Ventilglied mit der Längsbohrung verbunden, so daß der Sekundäranschluß über die ringförmige Ausnehmung und die Längsbohrung in diesem Ventilglied und ggfs. im zweiten Ventilglied mit dem Raum für das Betätigungsorgan der Ventilglieder verbunden ist. Diese Verbindung wird durch die ringförmige Ausbildung der Ausnehmung mit einer Länge des Ringes, die größer ist als die axiale Beweglichkeit des einen oder des ersten Ventilgliedes, auf sehr einfache und sichere Art und

Weise gewährleistet, so daß der Sekundärdruck stets an allen Axialflächen ansteht, wodurch gewährleistet ist, daß sowohl dieses Ventilglied als auch ggfs. das zweite Ventilglied stets druckentlastet sind.

Vorteilerhafterweise wird der Ventilsitz oder die Ventilsitze als Ringschneiden ausgebildet, die beim Aufsitzen auf die Sitzflächen ur eine Linienberührung ermöglichen. Durch diese Ausbildung der Ventilsitze wird es erst mit hoher Präzision möglich, die Ventilglieder so auszubilden, daß die A &khgr; i a 1 f 1 ä c h e r,, die insbesondere durch die Berührungslinie der Ringschneiden mit den Sitzflächen begrenzt sind, flächenausgeglichen sind und somit die Ventilglieder druckentlastet sind. Durch Veränderung der Durchmesser der Ringschneiden insbesondere zweiten Ringschneide besteht die Möglichkeit die Durchflußmenge der Medien an den Einsatzbereich anzupassen.

Als vorteilhaft erweist es sich die Betätigungsorgane für die Rücksellung der Ventilglieder durch eine oder zwei Federn, welche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilglied oder den Ventigliedern wirken auszubilden.

Im Gegensatz zu der Ausbildung der Betätigungsorgane mit Hilfe von Hebeln, die durch Motorkraft oder durch hydraulische oder pneumatische Zylinder betätigt werden, benötigen die Federn keine Zuleitungen, keine Ansteuerungen und auch keinen Platz in dem sowieso schon engen Raum der Längsbohrung, in der ringförmigen Ausnehmung um das erste Ventilglied oder ggfs. in dem Raum um das zweite Ventilglied. Durch diese Ausbildung wird die Konstruktion im Bereich der Ventilglieder wesentlich vereinfacht, wodurch sich das Ventil als sehr wartungsfreundlich und als unempfindlich gegen schädliche Einflüsse erweist. Die auf

das eine oder das erste Ventilglied einwirkende Feder bewirkt, daß das Ventilglied bevorzugt eine Lage einnimmt, die eine geschlossene Anordnung aus Sitzfläche und Ventilsitz aufweist. Wird nur diese eine Feder verwendet, wird im Falle des 3/2-Wegeventi 1 das zweite Ventilglied mit dem Betätigungsorgan für die Ventilglieder so verbunden, daß dieses das wzeite Ventilglied selbst rückstellen und vom ersten Ventilglied so abheben kann, so daß die zweite Anordnung aus Ventilsitz und Sitzfläche geöffnet ist. Wird eine zweite Feder verwendet, so wirkt sie zwischen dem zweiten Ventilglied und dem Gehäuse gegen die Kraft des Betätigungsorganges für die Ventilglieder und versucht das zweite Ventilglied vom ersten Ventilglied abzuheben und die Anordnung aus Sitzfläche und Ventilsitz des ersten bzw. des zweiten Ventilglieds zu öffnen und somit den Durchgang zwischen Sekundäranschluß und Tertiäranschluß freizugeben. Durch diese Anordnungen und Wirkungsweisen der Federn gelingt es, sie von den Dichtbereichen aus Ventilsitz und Sitzfläche fernzuhalten, wodurch die Qualität der Dichtwirkung erhöht werden kann.

Durch das Anordnen von ringförmigen Dichtelementen zwischen dem Ventilglied oder den Ventilgliedern und dem Ventilgehäuse wird die Funktionsfähigkeit bei Drücken über 20 bar auch bei nicht allzu hoher Fertigungsqualität gewährleistet. Diese ringförmigen Dichtelemente umschließen die Ventilglieder ringförmig und liegen an dem Gehäuse dicht an, wodurch sie die Medien mit den unterschiedlichen Drücken, den Primär-, den Sekundär- und Tertiärdruck, druckdicht voneinander

trennen. Durch diese Dichtelemente gelingt es die Kosten für die Fertigung eines solchen Ventiles zu reduzieren, da die Fertigungsqualität der Gehäuse und der Ventilgliedteile nicht so hoch sein muß. 5

Möchte man nun mit dem erfindgungsgemäßen Ventil Drücke bis zu 300 bar oder mehr steuern oder regeln, so verzichtet man auf die Dichtelemente und bildet das oder die Ventilglieder so aus, daß sie durch das Ventilgehäuse formschlüssig axial beweglich umschlossen sind und zusätzlich bildet man die Sitzflächen und Ventilsitze aus Hartmetall aus, so daß sie dem anstehenden Druck nicht nachgeben. Vorzugsweise wird an je derptelle des Ventilgehäuses, die ein Ventilglied umfaßt, der Innendurchmesser des Ventilgehäuses exakt gleich dem Außendurchmesser des Ventilgliedes an dieser Stelle sein, solange das Ventilglied einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Aufgrund dieser paßgenauen Fertigung ist eine Leckage zwischen den einzelnen Medien mit den verschiedenen Drücken weitgehend ausgeschlossen. Sollte dennoch eine geringe Leckage aufgrund nicht zu haltender Fertigungstoleranzen gegeben sein, erweist sich dieses Ventil dennoch als funktionsfähig und auch als die preisgünstigste Ausbildung eines solchen Hochdruckventiles.

Vorzugsweise wird im Sekundäranschluß ein Druckmeßfühler angeordnet, der den Sekundärdruck mißt und der mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche beim Erreichen des gewünschten Sekundärdruckes das Betätigungsorgan dahingehend steuert, daß die Kraft des Betätigungsorganes der Ventiglieder entsprechend dem Bedarf erhöht oder

reduziert wird, sod aß der Durchgang zwischen Primäranschluß und Sekundäranschluß sowie ggfs. zwischen Tertiäranschluß und Sekundäranschluß geöffnet oder unterbrochen wird. Meldet der Drucksensor einen zu niedrigen Druck, so wird über die Steuereinheit über das Betätigungsorgan die Kraft auf die Ventilglieder auf einen Wert erhöht, der den Durchgang zwischen Primäranschluß und Sekundäranschluß geöffnet hält bzw. öffnet. Ist der Sekundärdruck beim 3/2-Wegeventi1 zu hoch, so wird über die Steuereinheit und über das Betätigungsorgan die Kraft auf die Ventilglieder auf einen Wert reduziert, der gewährleistet, daß der Durchgang zwischen Tertiäranschluß und Sekundäranschluß geöffnet bleibt bzw. geöffnet wird. Auf diese Weise gelingt es, aus den einfachen Ventilen ein Regelventil zu machen, welches sehr kostengünstig hergestellt werden kann und für die verschiedensten Drücke und in den verschiedensten Einsatzbereichen verwendet werden kann.

Es ist sogar möglich, mit Hilfe der Steuereinheit die Steuercharakteristiken den Bedürfnissen gezielt anzupassen, d.h. soll ein schlagartiges Schließen unter der Gefahr der Ausbildung von Stoßwellen, die das Leistungssystem stark belasten oder ggfs. zerstören können, gewünscht sein oder ein langsames Schließen mit der Problematik des sicheren und präzisen Einstellen des Sekundärdrucks benutzt werden, so ist dieses nun unabhängig von der Konstruktion der Ventilglieder bzw. des Ventilgehäuses möglich. Als besonders geeignet erweist es sich, die Steuereinheit als elektronische Steuereinheit auszubilden, der auf besonders einfache

Art und Weise der Solldruck bzw. die Steuercharakteristiken eingegeben, entnommen oder verändert werden können.

Durch die Verwendung eines Proportionalmagneten als Betätigungsorgan für die Ventilglieder in Verbindung mit einer Steuereinheit insbesondere mit einer elektronischen Steuereinheit ist es gelungen, die mechanischen Einflüsse auf die Steuerung der Ventilglieder zu reduzieren und sicherer zu machen, da diese elektrischen bzw. elektronischen Funktionseinheiten wesentlich geringerer Wartung bedürfen, da sie weniger Verschleiß aufweisen. Zudem läßt sich der Proportionalmagnet sehr präzis ansteuern, so daß er sehr schnell und genau die gewünschte Kraft auf die Ventilglieder einwirken läßt.Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventils ist es nun möglich, die sehr kostengünstigen Schaltungsmagnete als Ersatz für die beim Stand der Technik notwendigen teuren Proportionalmagneten zu verwenden. Dieses erhöht die Einsatzmöglichkeit eines solchen erfindungsgemäßen Ventiles wesentlich.

Erfindungsgemäß können das Ventilglied oder die Ventilglieder mit einem oder mehreren Faltenbälgen versehen werden, die mit einem Ende mit dem Ventilglied und mit dem anderen Ende mit dem Ventilgehäuse druckdicht verbunden sind. Durch die Verwendung von Faltenbälgen können die Reibungskräfte zwischen dem Ventilglied oder den Ventilgliedern und dem Ventilgehäuse aufgrund der zu erzielenden Dichtwirkung deutlich reduziert werden.

Dieses führt zu einem noch leichtgängigeren Ventil, das mit einer noch geringeren Regelkraft gesteuert werden kann, was somit eine Reduzierung der Größe des Proportionalmagneten ermöglicht. Zudem gelingt es durch die Faltenbälge die einzelnen Medien sehr sicher voneinander zu trennen ohne auf gleitende Teile oder dynamischen Dichtungen zurück-

zugreifen, sodaß es nun möglich ist, das Ventil für aggresive Medien einzusetzen. Werden metal 1 verstärkte Faltenbälge verwendet, ist es zudem möglich, daß Drücke deutlich über 20 bar sicher gesteuert oder geregelt werden,ohne auf die Vorteile der Faltenbälge zu verzichten .

Drei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventile sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt.

Figur 1 zeigt ein 2/2-Wegeventi1 in Ruhestellung mit

Druckausgleich über den Raum für das Ventilbetätigungsorgan ,
15

Figur 2 zeigt das 2/2-Wegeventi1 aus Fig. 1 in der Arbeitsstellung,

Figur 3 zeigt ein 2/2-Wegeventi1 in Ruhestellung, 20

Figur 4 zeigt ein 2/2-Wegeventi1 in Ruhestellung mit Faltenbälgen und einer Regeleinheit,

Figur 5 zeigt das 2/2-Wegeventi1 aus Fig. 4 in der Arbeitsstellung,

Figur 6 zeigt ein 3/2-Wegeventi1 in Ruhestellung,

Figur 7 zeigt das Ventil aus Fig. 6 in der Arbeitsstellung und

Figur 8 zeigt das Ventil aus Fig. 6 in Entlüftungsstel lung.

Das Ventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einem Primäranschluß 2 für ein Medium mit einem Primärdruck und einem Sekundäranschluß 3 für ein Medium mit einem Sekundärdruck. Im Inneren des Ventilgehäuses 1 ist ein in Axialrichtung verschiebbar geführtes und von einem Proportionalmagneten 10 in Axialrichtung mit der Kraft F beaufschlagtes Ventilglied 5. Entgegen der Kraft F wirkt die Feder 11, die das Ventilglied 5 rückstellt. Im rückgestellten Zustand liegt die Sitzfläche 6 des Ventilglieds 5 dem Ventilsitz 7 des Ventilgehäuses 1 druckdicht an. Diese Anordnung aus Sitzfläche 6 und Ventilsitz 7 trennt wie in Fig. 1 dargestellt, das Medium mit dem Primärdruck von dem nicht notwendig identischen Medium mit dem Sekundärdruck. Der Ventilsitz 7 ist als Ringschneide und die Sitzfläche 6 ringförmig so ausgebildet, daß sie in geschlossenem Zustand lediglich eine Linienberührung aufweisen. Der Radius der kreisförmigen Berührungs1 in ie entspricht exakt dem Außendurchmesser des unteren Teils des Ventilglieds 5. Dieser untere Teil ist durch einen Dichtungsring 14 dicht im Ventilgehäuse 1 geführt, wodurch ein Eindringen des Mediums mit dem Primärdruck durch einen möglichen Spalt zwischen Ventilglied 5 und Ventilgehäuse 1 in den Bereich der mit dem Sekundäranschluß 3 verbundenen Längsbohrung 13 verhindert wird. Die Längsbohrung 13 nimmt an ihrem unteren Ende die Feder 11 auf und ist über den seitlichen Durchgang 13a mit der ringförmigen Ausnehmung 12 und dem oberen Teil des Ventilglieds 5 mit dem Sekundäranschluß 3 für das Medium mit dem Sekundärdruck verbunden. Über diese ringförmige Ausnehmung und die Anordnung aus dem Ventilsitz 7 als Ringschneide und der Sitzfläche 6 sind die beiden Anschlüsse so mitein-

5 -

ander verbunden, daß einerseits eine sichere Trennung der Medien möglich ist als auch ein schnelles und sicheres Öffnen des Durchgangs mit einem großen Mediendurchsatz möglich ist. Über die Längsbohrung 13 ist der Sekundäranschluß 3 mit dem druckdicht abgeschlossenen Raum 20 oberhalb des Betätigungsorganes 10 für das Ventilglied 5 verbunden. Durch die spezielle Ausbildung des Ventilglieds sind sowohl die Axialflächen an denen der Primärdruck ansteht ausgeglichen, als auch die Axialflächen an denen der Sekundärdruck ansteht. Dieser Ausgleich wird bei dem dargestellten Ventil durch die spezielle Gestaltung des Ventilglieds in Verbindung mit dem druckdicht abgeschlossenen Raum 20 oberhalb des Betätigungsorganes 10 erreicht, denn der Sekundärdruck liegt an dem Ventilglied 5 sowohl von unten als auch von oben entweder direkt oder über das Betätigungsorgan 10 an. Durch die zusätzliche Axialfläche oberhalb des Betätigungsorganes 10 ist es gelungen,die Axialflächen des Ventilglieds 5 insgesamt flächenauszugleichen und somit das Ventilglied 5 druckentlastet auszugestalten. Somit ist es für die Betätigung nur noch nötig die druckunabhängige Reibungskraft bzw. die Rückstellkraft durch die Feder 11 zu überwinden. Dadurch ist also erfindugnsgemäß gelungen, ein Ventil zu schaffen, das ohne konstruktionelles Änderungen oder Umbauten verschiedenste Drücke insbesondere über 20 bar steuern und regeln kann.

Wie in Figur 1 zu sehen, steht der Primärdruck im Primäranschluß 2 lediglich bis zur Ringschneide 6 an,

denn der Durchgang zwischen Primäranschluß 2 und Sekundäranschluß 3 ist geschlossen. Soll dieser Durchgang geöffnet werden, so wird durch den Proportionalmagneten 10 die Kraft F entgegen der Rückstellkraft der Feder 11 erhöht bis sich die Sitzfläche 6 von der Ringschneide 7 abhebt und/ somit der Durchgang öffnet. Dieser geöffnete Zustand ist in Figur 2 dargesellt. Es ist deutlich zu erkennen, wie der Proportionalmagnet mit dem Ventilglied abgesenkt ist und sich oberhalb des Proportionalmagneten 10 der druckdichte angefüllte Raum 20 gebildet hat. Ebenso wird deutlich, daß das Medium mit dem Primärdruck den ganzen Raum des Mediums mit dem Sekundärdruck erreicht hat und die-

sich sen ausfüllt. Auch in diesem Zustand erweist/ das Ventilglied als druckentlastet, da seine Axialfläöchen ja druckunabhängig flächenausgeglichen sind.

Wird nun wieder die Kraft F des Proportionalmagnetens 10 reduziert so bewirkt die Feder 11 die Rückstellung des Ventilglieds 5 bis die Ringschneide 7 und die Sitzfläche 6 den Durchgang zwischen Primäranschluß und Sekundäranschluß 3 wieder sicher voneinander trennen .

Figur 3 zeigt eine andere Variante des erfindungsgemäßen 2/2-WegeventiIs. Es verzichtet auf die zusätzlichen Axialflächen oberhalb des Betätigungsorganes 10, wodurch der Aufbau des Ventils wesentlich vereinfacht wird, denn auf die Längsbohrung 13 mit dem Durchgang 13a kann bei dieser Variante völlig verzichtet werden. Diese Variante zeigt den entsprechenden Aufbau des Primär-

anschlusses 2 und des Sekundäranschlusses 3 mit der damit verbundenen ringförmigen Ausnehmung. Oberhalb der ringförmigen Ausnehmung 12 verbreitert sich das Ventilglied bis es dicht am Ventilgehäuse 1 anliegt, wo ein Dichtelement 14 angeordnet ist, das für eine sichere Abdichtung des Mediums mit dem Sekundärdruck sorgt. Der Sekundärdruck wirkt nur im Bereich der ringförmigen Ausnehmung auf das Ventilglied 5 ein. Die Axialflächen des Ventilgliedes 5, an welche der Sekundärdruck anstößt sind somit durch die ringförmige Ausnehmung 12 gegeben. Sie sind die oberen und unteren Begrenzungsflächen der ringförmigen Ausnehmung 12. Diese sind gleich groß und somit flächenausgeglichen, wodurch das Ventilglied 5 insgesamt druckausgeglichen ist.

Figur 4 und 5 zeigen eine weitere . Variante des erfindungsgemäßen 2/2-Wegeventi 1 s . Dieses Ventil zeigt anstelle der Dichtungen Faltenbälge 16, die mit einem ihrer Enden am Ventilgehäuse 1 und mit ihrem anderen am Ventilglied 5 befestigt sind. Der untere Faltenbalg 16 umfaßt , den gesamten unteren Bereich des Ventilglieds 5 zwischen der Anordnung aus Sitzfläche 6 mit Ringschneide 7 und dem Ventilgehäuseboden. Der obere Faltenbalg umfaßt das obere Ende des Ventilglieds 5 oberhalb einer ringförmigen Ausnehmung 12 im Ventilglied 5 entsprechend der zuvor beschriebenen Variante. Die Faltenbälge 16 sind so ausgebildet, daß sie völlig flächenausgeglichen sind. Somit ist nur noch entscheidend für die Flächenausgeglichenheit des Ventilglieds 5, daß der Bereich zwischen den Faltenbälgen 16

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ebenso ausgeglichen ist, was durch die spezielle Gestaltung der ringförmigen Ausnehmung entsprechend der letztgenannten Variante gelingt.

Dieses 2/2-Wegeventi1 zeigt zusätzlich im Bereich des Sekundäranschlusses 3 einen Druckmeßfühler 17, der den aktuellen Sekundärdruck mißt. Dieses Meßergebnis wird von einer Steuereinheit 18 ausgewertet. Anhand der Auswertung und einer gewählten Voreinstellung an der Steuerung wird das Betätigungsorgan 10 des Ventilglieds 5 so gesteuert, daß die Kraft F erhöht oder gesenkt wird, wodurch der Durchgang zwischen Primär- und Sekundäranschluß über die Anordnung aus Ringschneide 7 mit Sitzfläche 6 geöffnet oder geschlossen wird. Figur 4 zeigt diese Variante in Ruhestellung also bei geschlossener Anordnung aus Ringschneide 7 und Sitzfläche 6. Figur 5 zeigt sie dagegen in Arbeitsstellung also bei von der Ringschneide 7 abgehobener Sitzfläche 6. Durch diese besondere Anordnung mit Druckmeßfühler 17 und Steuereinheit 18 wurde das Ventil zu einem Regelventil, das den Sekundürdruck exakt einregeln kann.

In den Figuren 6 bis 8 ist ein erfindungsgemäßes 3/2-Wegeventi1 in der Ruhestellung, der Arbeitsstellung und der Entlüftungsstellung dargestellt. Dieses 3/2-Wegeventi1 hat in seinem Ventilgehäuse 1 einen Primär- 2, einen Sekundär- 3 und einen Tertiäranschluß sowie zwei im Ventilgehäuse 1 koaxial zueinander in Längsrichtung axial verschiebbare Ventilglieder 5,15, die durch den Proportionalmagneten 10 mit einer Kraft F in

axialer Richtung beaufschlagt werden können. Diese Kraft F auf die Ventilglieder 5,15 wirken zwei Federn 11 entgegen. Die erste Feder wirkt zwischen dem ersten Ventilglied 5 und dem Ventilgehäuse 1, die zweite Feder wirkt zwischen dem zweiten Ventilglied 15 und dem Ventilgehäuse. Das erste Ventilglied zeigt eine erste Anordnung aus Ringschneide 7 und Sitzfläche 6 entsprechend dem erfindungsgemäßen 2/2-Wegeventi1 auf. Sein oberes Ende ist als Ringschneide 8 ausgebildet, die mit der Sitzfläehe 9 am unteren Ende des zweiten Ventilgliedes 15 so zusammenwirkt, daß der Durchgang zwischen dem Sekundäranschluß 3 und dem Tertiäranschluß 4 über die ringförmige Ausnehmung 12 im Ventilgehäuse 1, dem Durchgang 13a und

w i rd die Längsbohrung 13 freigegeben oder geschlossen / Es sind drei ringförmige Dichtelemente 14 im Ventilgehäuse 1 vorgesehen, die ein Entweichen eines Mediums entlang der Berührungsfläche der Ventilglieder 5,15 und des Ventilgehäuses 1 verhindern. Das erste Ventilglied 5 ist so ausgebildet, daß es durch die Anordnung der Ringschneide 7 gegenüber dem Medium mit dem Primärdruck druckausgeglichen ist und daß es auch durch die ringförmige Ausnehmung 12, dem Durchgang 13a, der Längsbohrung 13 mit dem sich unten anschließenden Bodenraum axialflächenausgeglichen ist. Neben dem ersten Ventilglied 5 ist auch das zweite Ventilglied 15 durch die spezielle Ausgestaltung der Axialflächen sowohl gegen den Sekundärdruck als auch gegen den Tertiärdruck druckausgeglichen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Ringschneide 8 denselben Kreisdurchmesser aufweist wie der obere Fortsatz des zweiten Ventilglieds 15, der durch das Ventilgehäuse 1 umschlosen ist. Durch die Längsbohrung 13 im zweiten Ventilglied 15 mit der Verbindung zu dem druck-

abgeschlossenen Raum des Betätigungsorganes 10 ist die Druckausgeglichenheit bzgl. des Sekundärdruckes ebenfalls gewährleistet. Da beide Ventilglieder axiaIflächenausgeglichen ausgebildet sind und somit druckausgegl i chen sind, ist die für die Betätigung des Ventiles notwendige Kraft F völlig unabhängig von den anstehenden Drücken. Dadurch gelingt es insbesondere auch Drücke über 20 bar mit Hilfe dieses Ventils zu steuern oder zu regel&eegr;.

Figur 6 zeigt das 3/2-Wegeventi1 in Ruhestellung. Das Betätigungsorgan 10 erzeugt die Kraft F auf die Ventilglieder 5,15 . entgegen den Federn 11, die notwendig ist, damit beide Anordnungen aus den Sitzflächen 6,9 und den Ventilsitzen 7,8 geschlossen zu halten. Sind beide Anordnungen geschlossen, so sind alle drei Anschlüsse für die Medien mit den entsprechenden Drücken druckdicht voneinander getrennt. Wird die Kraft F erhöht, so werden die Ventilglieder nach unten verschoben und die erste Anordnung aus Sitzfläche 6 und Ventilsitz 7 wird geöffnet, so daß der Durchgang zwischen Primäranschlußrund

Sekundäranschluß/geöffnet wird, während die zweite Anordnung aus Sitzfläche 9 und Ventilsitz 8 geschlossen bleibt. Diese Stellung, die Arbeitsstellung, ist in Fig.

dargestellt. Wird die Kraft F gegenüber der Ruhestellung erniedrigt, so wird das Ventilglied 15 vom VentiIgIied abgehoben, da das erste Ventilglied 5 in seiner Bewegungsfreiheit durch die geschlossene erste Anordnung aus Sitzfläche 6 und Ventilsitz 7 eingeschränkt ist. Beim Abheben des zweiten Ventilglieds 15 wird die zweite Anordnung aus Sitzfläche 9 und Ventilsitz 8 geöffnet, so daß der

Durchgang zwischen Sekundäranschluß 3 und Tertiäranschluß 4 durchgängig ist. Diese Stellung, die Entlüftungs-

Stellung, ist in Figur 8 dargestellt

Claims (19)

Schutzansprüche:

1. Ventil mit einem Ventilgehäuse (1), einem primär-

anschluß (2) für ein Medium mit einem Primärdruck, einem Sekundäranschluß (3) für ein Medium mit einem Sekundärdruck und mit einem im Ventilgehäuse (1) in Axialrichtung verschiebbar geführten und axial von einem. Betätigungsorgan (10) mit einer Kraft (F) beaufschlagbaren Ventilglied (5)

das mit dem Ventilgehäuse (1) eine Anordnung aus Sitzfläche (6) und einem Ventilsitz (7) bildet, mit der der Primäranschluß (2) mit dem Sekundäranschluß (3) so verbunden ist, daß in Ruhestellung der Durchgang zwischen dem Primäranschluß (2) und dem Sekundäranschluß (3) gesperrt ist, während in Arbeitsstellung der Durchgang freigegeben ist,

wobei das Ventilglied (5) mit seinen Axialflächen, das sind solche Flächen die nicht achsparallel verlaufen, so ausgebildet ist, daß die Axialflächen, an denen der Primärdruck ansteht, ausgeglichen sind und somit das Ventilglied (5) bezüglich des Primärdrucks druckentlastet ist,

wobei das Ventil Betätigungsorgane (11) für die Rückstellung des Ventilgliedes (5) entgegen der Kraft (F) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (5) solche

Axialflächen, an denen der Sekundärdruck anliegt, aufweist, die flächenausgeglichen sind und somit das Ventilglied (5) insgesamt druckentlastet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß es einen Tertiäranschluß (4) für ein Medium mit einem Tertiärdruck zum Entlüften und ein zweites zum ersten Ventilglied (5) koaxiales, im Ventilgehäuse (1) in Axialrichtung verschiebbar geführtes und axial vor einem Betätigungsorgan (10) mit einer Kraft (F) beaufschlagbares VentiIg1ied (15) aufwei st.

daß das zweite Ventilglied (15) mit dem ersten Ventilglied (5) eine zweite Anordnung aus einer Sitzfläche (9) und einem Ventilsitz (8) bildet, welche in der Ruhestellung sowie in der Arbeitsstellung den Durchgang zwischen dem Sekundäranschluß (3) und dem Tertiäranschluß (4) sperrt, während sie in der Entlüftungsstellung des Ventils den Durchgang freigibt.

wobei in der Entlüftungsstellung des Ventils der Durchgang zwischen dem Primäranschluß (2) und dem Sekundäranschluß (3) über die erste Anordnung aus der Sitzfläehe (6) und dem Ventilsitz (7) gesperrt ist,

daß die Betätigungsorgane (11) ebenso die Rückstellung des zweiten Ventilgliedes (15) entgegen der Kraft (F) gewähr lei sten ,

und daß das zweite Ventilglied (15) solche Axialflächen aufweist, daß sie flächenausgeglichen sind und somit auch das zweite Ventilglied (15) druckentlastet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundäranschluß (3) mit einem druckdicht abgeschlossenen Raum (20) für das VentiIgI iedbetätigungsorgan (10) verbunden ist.

4. Ventil nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilglieder (5,15) eine durchgängige Längsbohrung (13) mit einem Durchgang (13a) zum Sekundäranschluß (3) aufweisen, durch die der Sekundäranschluß (3) mit dem Raum/Tür das VentiIgIiedbetätigungsorgan (10) verbunden ist.

5. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) eine ringförmige Ausnehmung (12) um das erste Ventilglied (5) aufweist, in welche der Sekundäranschluß (3) mündet und welche über die Anordnung aus Sitzfläche (6) und Ventilsitz (7) mit dem Primäranschluß (2) verbunden oder von diesem getrennt ist.

6. Ventil nach Anspruch 4 und 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Ausnehmung (12) und die Längsbohrung (13) miteinander verbunden sind.

7. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein oder zwei Federn als Betätigungsorgane (11) für die Rückstellung des Ventilgliedes oder der Ventilglieder (5,15) 2Q aufweist, welche zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Ventilglied (5) oder den Ventilgliedern (5,15) wirkt oder wirken.

8. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Ventilglied (5) oder den Ventilgliedern (5,15) ringförmige Dichtelemente (14) angeordnet sind, die die Medien mit dem Primär-, dem Sekundär- oder dem Tertiärdruck druckdicht voneinander trennen.

9. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (5) oder die beiden Ventilglieder (5,15) vom Ventilgehäuse (1) formschlüssig axial beweglich umschlossen ist oder sind und daß die Anordnungen aus den Sitzflächen (6,9) und den Ventilsitzen (7,8) aus Hartmetall bestehen.
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10. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundäranschluß (3) ein Druckmeßfühler (17) zur Bestimmung des Sekundärdrucks angeordnet ist, der mit einer Steuereinheit (18 ) verbunden ist, die die Kraft (F) durch das Betätigungsorgan (10) in Abhängigkeit von dem Sekundärdruck regelt.

11. Ventil nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß das VentiIgIiedbetätigungsorgan (10) ein Proportionalmagnet ist.

12. Ventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (18) eine elektronische ist.

13. Ventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche (9) und die Sitzfläche (6) getrennt ausgebildet sind.

14. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (7) als Ringschneide ausgebildet ist, die beim Aufsitzen auf die Sitzfläche (6) nur eine Linienberührung ermöglicht.

15. Ventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventilsitze (7, 8) als Ringschneidei\ausgebi ldet sind, die beim Aufsitzen auf die Sitzflächen (6,9) nur eine Linienberührung ermöglichen.

16. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (5) mit einem oder mehreren Faltenbälgen (16) versehen sind, die mit einem Ende mit dem Ventilglied (5) und mit dem anderen mit dem Ventilgehäuse (1) druckdicht verbunden sind.

17. Ventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventilglieder (5, 15) mit einem oder mehreren Faltenbälgen (16) versehen sind, die mit einem Ende mit dem Ventilglied und mit dem anderen mit dem Ventilgehäuse (1) druckdicht verbunden sind.

18. Ventil nach Anspruch 1'6 oder 17,

dadurch gekennzeichnet, daß die Faltenbälge (16) metal 1 verstärkt sind.

19. Ventil nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß das Venti1 betätigungsorgan (10) ein Schaltungsmagnet ist.