EP2057416A1 - Gasregel- und sicherheitsventil für brenner einer modulierbaren gasheizeinrichtung - Google Patents

Gasregel- und sicherheitsventil für brenner einer modulierbaren gasheizeinrichtung

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Publication number
EP2057416A1
EP2057416A1 EP07801217A EP07801217A EP2057416A1 EP 2057416 A1 EP2057416 A1 EP 2057416A1 EP 07801217 A EP07801217 A EP 07801217A EP 07801217 A EP07801217 A EP 07801217A EP 2057416 A1 EP2057416 A1 EP 2057416A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
safety valve
gas
gas control
armature
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07801217A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Roschke
Jörg KÖHLER
Michel Gamot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Electric Dresden GmbH
Original Assignee
Saia Burgess Dresden GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saia Burgess Dresden GmbH filed Critical Saia Burgess Dresden GmbH
Publication of EP2057416A1 publication Critical patent/EP2057416A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23N1/005—Regulating fuel supply using electrical or electromechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87917—Flow path with serial valves and/or closures

Definitions

  • the invention relates to an integrated gas control and safety valve for burners of a modulatable gas heater, which is used to adapt to a variable heat load and the abrupt shutdown of the fuel gas flow, especially when used for domestic heating and hot water supply gas boiler.
  • Generic gas control and safety valves have by default two electrically controllable actuator units, namely a quick-acting valve and a modulation valve.
  • the two independently acting actuator units are actuated by means of electromagnets and closed in the de-energized state by return springs.
  • the modulation valve is additionally sensitively adjusted by a proportional magnet or a stepping motor for the purpose of modulating the gas flow, so that two quick-action functions and a modulating function can be realized by means of two actuator units.
  • a gas control and safety valve for burners of a modulated gas heater which has two in a housing between an inlet channel and an outlet channel coaxially positioned closing elements.
  • the first, outer closing element comprises a drive axle, a throttle body arranged at the lower end of the drive axle and a first pretensioned spring element acting on the first closing element, which is arranged in the upper region of the drive axle.
  • the second, inner closing element arranged between the first spring element and the throttle body has a closure body connected to a hollow armature, which is designed to close one with the outlet channel connected annular gap is seated on a valve seat.
  • the hollow armature is movable in a cylinder-like, surrounded by the drive winding of the hollow armature cavity and working against the force of a second prestressed spring element working.
  • the magnetic drive comprises two axially superposed and each having a coil having independent magnetic circuits, which cooperate with two axially superposed anchors, one of which with the inner valve disc and the other with the outer valve plate is connected, wherein the armature of the outer valve plate is penetrated by a connecting the inner valve plate with its armature push rod.
  • a double safety valve In the invention disclosed in DE 198 26 076 C1 a double safety valve is described.
  • the first (outer) valve disk in the direction of flow of the double safety valve surrounds the second (inner) valve disk, so that both valve seats are combined to form a common valve seat and this valve seat surrounds the single valve opening.
  • a coil is further provided, which acts on a connected to the inner valve disc anchor.
  • the outer valve disc engages behind the inner valve disc in the closing direction and is therefore taken along by the opening of the inner valve disc.
  • a double safety magnetic valve with two actuators is known from DE 195 25 384 C2 and from the almost identical EP 0 757 200 B1.
  • the two actuators are arranged on a common axis, preferably one above the other, wherein the first actuator as a magnet armature has a hollow armature in which the armature of the second Actuator longitudinally projecting along the common axis and wherein only a single magnetic drive is provided for both actuators, in which the hollow armature and the armature protrude.
  • the axial height is high due to the axially displaceable as well as successively arranged valve plate or actuators.
  • a gas-tight valve drive with motor and safety closing function is described, wherein the stepper motor used for the valve drive consists of a rotating rotor with integrated spindle nut system for converting the rotational into a translational movement and as a spindle with an actuating rod coupled to a valve cone.
  • the actuating rod slides along the motor axis in the hub by an integrated anti-rotation device in the valve body.
  • a return spring is provided.
  • valve drive consists of a motor part and a valve member with a continuous actuator rod and formed as a helical spring return spring is placed on the drive side of the engine and as the first element of the valve member to the coupling element with the receiving valve body and the coupling element is coupled to the rotor of the motor part.
  • the object of the invention is now to propose a gas control and safety valve for burners a modulated gas heater, which is simpler to ensure two quick-closing functions and a Modulierfunktion, and in which the designated two closing elements are mechanically completely decoupled.
  • the gas regulating and safety valve for burners of a modulatable gas heater comprises at least one housing with two controllable closing elements whose axes are spaced apart and extend in a line in the gas flow direction one behind the other between an inlet channel and an outlet channel of the housing, wherein the first closing element in the direction of Inlet channel and the second closing element acts in the direction of the outlet channel.
  • the two closing elements close in the de-energized state independently of each other by means of an associated spring element abruptly the gas control and safety valve.
  • the first closing element serving in addition to the modulation of the gas flow comprises a throttle body and, spaced therefrom, the first spring element.
  • the first closing element is driven by a spindle-nut system coupled to an electric motor with at least one exciter winding.
  • the second closing element has a closure body connected to an armature, wherein the armature is arranged to operate in a cylinder-like cavity and against the force of the second spring element acting on the armature.
  • the cavity is surrounded by a trained as part of an electromagnet excitation winding of the armature.
  • the essential advantage of the invention over the prior art is that the two closing elements are completely mechanically decoupled from each other.
  • waiving a gas-tight sealing sleeve in the air gap of the linear drive and / or Electromagnets larger actuating forces can be realized.
  • the current-carrying components in particular the excitation winding of the motor designed as a stepping motor of the first closing element and the field winding of the armature of the second closing element, placed in the gas stream.
  • Practical tests have shown that the gas control and safety valve according to the invention can operate with up to 30% greater actuating forces, which leads to increased operational safety. This means that with the same force a more economical dimensioning of the gas control and safety valve according to the invention can be carried out.
  • the housing is formed in two parts with a first housing part and a second housing part, wherein the first closing element is placed in the first housing part and the second closing element in the second housing part.
  • the housing preferably has a cylindrical shape, wherein the inlet channel and the inlet chamber are placed at a first end side and the outlet channel at the other end side.
  • the two housing parts are usually connected to produce the gas control and safety valve in such a way that the frontal walls of the two housing parts lie on each other and seal against each other using a sealing element.
  • the anchor of the second closing element can be made both as a solid anchor and as a hollow anchor.
  • a trained as a hollow anchor anchor is arranged working in the cylinder-like cavity against the force of the second spring element placed within the hollow armature. When using a full anchor, however, the second spring element attacks the outside of the solid anchor.
  • the spindle-nut system according to the invention can be arranged both within the electric motor and outside of the electric motor.
  • the nut or the rotor is driven by the field winding of the motor, wherein the spindle is designed as a drive axle.
  • the nut is driven by the motor shaft.
  • the spaced-apart axes of the two controllable closing elements can be placed anywhere in the housing, but preferably orthogonally as an angle valve, parallel or axially in a straight line one behind the other.
  • a corrugated spring plate is additionally provided for the purpose of balancing the axial tolerances and to ensure a required contact pressure of the two closing elements on the housing wall sandwiched between the facing end faces of the placed on both closing elements.
  • the inlet channel is arranged downstream of the inlet channel in the gas flow direction, wherein in the closed position of the gas regulating and safety valve the throttle body is gas-tight by means of its sealing surface on a valve seat arranged at the end of the inlet chamber and the closure body by means of its sealing surface on a valve seat arranged at the beginning of the outlet channel seated.
  • the throttle body is in this case designed to be axially movable between an open position and a closed position in the inlet chamber.
  • both closing elements are each acted upon by an associated prestressed spring element.
  • first closing element is a regulating function for adapting the gas flow to a variable heat load takes over and the second closing element is used exclusively as a safety shut-off device.
  • the first closing element is moved by means of a linear drive from its closed position into its open position against a spring force.
  • the second closing element is held in its open position by means of an electromagnet.
  • the throttle body of the first closing element may have any shape and valve characteristic for modulating the gas flow required to supply the burner of the gas heater.
  • a progressive valve characteristic is selected, as this variable supply pressures can be better stabilized and thus the risk of a swinging control loop is prevented.
  • the closure body of the second closing element then assumes the function of a safety shut-off device, when the gas control and safety valve is switched de-energized.
  • the outlet channel is closed in a gas-tight manner by means of the closure body, in that the second spring element placed inside the hollow armature or the second spring element engaging externally in the case of a full armature relaxes.
  • valve seat and the sealing surface of the throttle body are each annular, wherein formed in the open position of the throttle body between the valve seat and the throttle body, an annular gap for the incoming gas.
  • gas control and safety valve according to the invention is constructed of only a few components, which on the one hand increases the degree of prefabrication and on the other reduces the susceptibility to failure.
  • the gas flows substantially in the direction of the longitudinal axis of the housing without major directional deflections, so that in the open position of the gas control and safety valve or its closing elements, the pressure loss occurring is relatively low.
  • a channel through which the gas flows is provided within the housing, which extends annularly from the inlet channel to the outlet channel around the two closing elements.
  • the gas control and safety valve can realize waiving a sealing sleeve higher actuating forces and better efficiency
  • the electronics can easily be integrated into the valve structure to control and regulate the valve, since the connecting line from the motor and electromagnet can be routed through a single gastight bushing placed in the housing wall of the valve,
  • both closing elements are each acted upon by a prestressed spring element and thus both have a quick-closing function
  • ⁇ The throttle body of the first closing element also assumes a control or modulation function to adapt the gas flow to variable heat loads and
  • the drive of the first closing element is designed as a linear drive and the drive of the second closing element is designed as an electromagnet.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the gas control and safety valve with an arranged inside the engine spindle-nut system in the open position of the two closing elements
  • Fig. 2 is a sectional view of the gas control and safety valve with a spindle-nut system disposed within the engine in the closed position of the two closing elements and
  • FIG 3 shows a sectional view of the gas control and safety valve with a spindle-nut system arranged outside the engine in the closed position of the two closing elements.
  • Figures 1 and 2 show one and the same gas control and safety valve according to the invention with a spindle-nut system arranged within the engine in each case in a sectional view in the closed position and in the open position.
  • the gas control and safety valve consists of a two-part housing with a first housing part 1.1 and a second housing part 1.2. Both housing parts 1.1 and 1.2 are bolted together in their coupling region on their outer sides and sealed. At the end of the first housing part 1.1, the inlet channel 2 with the in Flow direction of the gas adjoining inlet chamber 3 placed. At the end of the second housing part is the outlet chamber.
  • the first, acting in the direction of the inlet channel 2 closing element and the second, acting in the direction of the outlet channel closing element are placed as central components whose axes are spaced apart and in a straight line one behind the other between the inlet channel 2 and the outlet channel 4 extend ,
  • the electrically controllable first closing element extends in the first housing part 1.1, starting from the coupling region 19 to the inlet chamber 3 and the electrically controllable second closing element extends in the second housing part 1.2, starting from the coupling region 19 to the outlet chamber 4.
  • the gas flows in a substantially annular channel 5, which extends from the inlet chamber 3 to the outlet channel 4, wherein the current-carrying components are placed in the gas flow without the use of a gas-tight sealing sleeve.
  • the first closing element has a spindle 15 of a linear drive 15 formed drive axle 15.1, at the end of a throttle body 8 and at the opposite end, respectively, in the coupling region of the two housing parts 1.1, 1.2, the first spring element 7 is placed.
  • the stepping motor further comprises the windings 16 of the electric motor 15 with the unspecified rotor, which is coupled to the translationally moving drive axle 15.1.
  • the second closing element comprises a closure body 10 connected to a hollow armature 9, the hollow armature 9 being located in a cylinder-like cavity 18 surrounding a field winding 17 of the hollow armature 9 formed as part of an electromagnet and against the force of the second spring element 12 placed inside the hollow armature 9 is arranged working.
  • the first closing element is used in addition to the modulation of the gas flow using the linear drive.
  • the throttle body 8 of the first closing element is designed to be axially movable between an open position and a closed position in the inlet chamber 3.
  • the throttle body 8 sits by means of its sealing surface 8.1 on a valve seat 13 arranged at the end of the inlet chamber 3.
  • the closure body 10 closes in the closed position, the outlet chamber by means of its sealing surface 11 which is seated in a gas-tight manner on a valve seat 14 arranged at the beginning of the outlet channel 4.
  • the valve seat 13 and the sealing surface 8.1 of the throttle body 8 are each formed annularly.
  • an annular gap for the inflowing gas is formed between the valve seat 13 and the throttle body 8.
  • the throttle body 8 preferably has a conical shape.
  • a partially extending over the cross section of the gas control and safety valve wave washer 6 is provided, which is sandwiched between the mutually facing end faces of the two closing elements.
  • the corrugated spring washer 6 thus partially contacts both closing elements and primarily ensures the compensation of the axial tolerances of the two closing elements. Secondary, it generates the required contact pressure, respectively the bias, of the two closing elements on the associated housing inner wall.
  • Fig. 3 shows a sectional view of the gas control and safety valve with a arranged outside the electric motor 15 spindle nut system in the closed position of the two closing elements using the reference numerals of Figures 1 and 2.
  • the basic structure of the gas control and safety valve corresponds to 2, but with the difference that the electric motor 15 has a motor shaft 15.2, at the end of the spindle-nut system outside of the electric motor 15th is placed.
  • the conversion of the rotational movement of the motor shaft 15.2 in a translational movement of the throttle body 8 is thus carried out outside the electric motor 15 by means of the spindle-nut system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein integriertes Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung. Erfindungsgemäß umfasst das Gasregel- und Sicherheitsventil ein Gehäuse (1) mit zwei steuerbaren Schließelementen, deren Achsen voneinander beabstandet sind und seriell in Gasströmungsrichtung hintereinander zwischen einem Einlasskanal (2) und einem Auslasskanal (4) des Gehäuses erstrecken. Beide Schließelemente verschließen unabhängig voneinander jeweils mittels eines zugehörigen Federelements (7, 12) im stromlosen Zustand schlagartig das Gasregel- und Sicherheitsventil. Das zusätzlich zur Modulation des Gasstromes dienende erste Schließelement weist eine als Spindel eines Schrittmotors (15) ausgebildete und von einer Erregerwicklung (16) umgebene Antriebsachse (15.1) auf, an derem Ende ein Drosselkörper (8) und davon beabstandet das erste Federelement (7) platziert ist. Das zweite Schließelement weist hingegen einen mit einem Anker (9) verbundenen Verschlusskörper (8) auf, wobei der Anker (9) in einem zylinderartigen Hohlraum (18) und gegen die Kraft des am Anker (9) angreifenden zweiten Federelements (12) arbeitend angeordnet ist. Dieser Hohlraum (18) ist von einer als Teil eines Elektromagnets ausgebildeten Erregerwicklung (17) des Ankers (9) umgeben.

Description

Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung
Die Erfindung betrifft ein integriertes Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung, dass zur Anpassung an eine veränderliche Wärmelast und zur schlagartigen Abschaltung des Brenngasstromes, insbesondere bei zur Wohnraumbeheizung und Warmwasserversorgung eingesetzten Gasthermen, Verwendung findet.
Gattungsgemäße Gasregel- und Sicherheitsventile weisen standardmäßig zwei elektrisch steuerbare Aktuatoreinheiten auf, nämlich ein Schnellschlussventil sowie ein Modulationsventil. Die beiden unabhängig voneinander wirkenden Aktuatoreinheiten werden mittels Elektromagneten betätigt und im stromlosen Zustand von Rückstellfedern verschlossen. Das Modulationsventil wird zusätzlich von einem Proportionalmagneten oder einem Schrittmotor zum Zwecke der Modulierung des Gasstroms feinfühlig verstellt, so dass mittels zweier Aktuatoreinheiten zwei Schnellschlussfunktionen und ein Modulierfunktion realisiert werden können.
Aus der DE 103 18 569 B3 ist ein Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung vorbekannt, das zwei in einem Gehäuse zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal koaxial zueinander positionierte Schließelemente aufweist. Das erste, äußere Schließelement umfasst eine Antriebsachse, einen am unteren Ende der Antriebsachse angeordneten Drosselkörper sowie ein auf das erste Schließelement wirkendes erstes vorgespanntes Federelement, das im oberen Bereich der Antriebsachse angeordnet ist. Das zwischen dem ersten Federelement und dem Drosselkörper angeordnete zweite, innere Schließelement weist einen mit einem Hohlanker verbundenen Verschlusskörper auf, der zum Verschließen eines mit dem Auslasskanal verbundenen Ringspaltes auf einem Ventilsitz aufsitzt. Der Hohlanker ist dabei in einem zylinderartigen, von der Antriebswicklung des Hohlankers umgebenden Hohlraum beweglich und gegen die Kraft eines zweiten vorgespannten Federelements arbeitend angeordnet.
In der DE 101 14 175 C1 ist Koaxialmagnetventil beschrieben, wobei der Magnetantrieb zwei axial übereinander angeordnete und jeweils eine Spule aufweisende voneinander unabhängige Magnetkreise umfasst, die mit zwei axial übereinander angeordneten Ankern zusammenwirken, von denen der eine mit dem inneren Ventilteller und der andere mit dem äußeren Ventilteller verbunden ist, wobei der Anker des äußeren Ventiltellers von einer den inneren Ventilteller mit seinem Anker verbindenden Schubstange durchgriffen wird.
In der mit DE 198 26 076 C1 offenbarten Erfindung wird ein Doppelsicherheitsventil beschrieben. Hierbei umgibt der in Durchflussrichtung des Doppelsicherheitsventils erste (äußere) Ventilteller den zweiten (inneren) Ventilteller, so dass beide Ventilsitze zu einem gemeinsamen Ventilsitz zusammengefasst sind und dieser Ventilsitz die einzige Ventilöffnung umgibt. Bei diesem Doppelsicherheitsventil ist ferner eine Spule vorgesehen, die auf einen mit dem inneren Ventilteller verbundenen Anker wirkt. Der äußere Ventilteller hintergreift den inneren Ventilteller in Schließrichtung und wird daher beim Öffnen des inneren Ventiltellers von diesem mitgenommen. Nachteilig an dieser Erfindung ist, dass die beiden Ventilteller somit nur gemeinsam geöffnet werden, und eine voneinander unabhängige Arbeitsweise der beiden Stellglieder nicht gegeben ist.
Des Weiteren ist aus der DE 195 25 384 C2 sowie aus der nahezu gleichlautenden EP 0 757 200 B1 ein Doppel-Sicherheitsmagnetventil mit zwei Stellgliedern bekannt. Die beiden Stellglieder sind auf einer gemeinsamen Achse, vorzugsweise übereinander, angeordnet, wobei das erste Stellglied als Magnetanker einen Hohlanker aufweist, in welchem der Anker des zweiten Stellglieds längsverschiebbar entlang der gemeinsamen Achse ragt und wobei nur ein einziger Magnetantrieb für beide Stellglieder vorgesehen ist, in den der Hohlanker und der Anker hinein ragen. Obwohl mit diesem Doppelsicherheitsventil bereits eine relativ kompakte Bauweise erzielt wird, ist auf Grund der axial sowohl verschiebbaren als auch hintereinander angeordneten Ventilteller bzw. Stellelemente die axiale Bauhöhe groß.
In der DE 103 61 918 A1 ist ein gasdichter Ventilantrieb mit Motor und Sicherheitsschließfunktion beschrieben, wobei der für den Ventilantrieb eingesetzte Schrittmotor aus einem rotierenden Rotor mit integriertem Spindel- Mutter-System zur Umwandlung der Rotations- in eine Translationsbewegung besteht und als Spindel eine Stellstange mit einem Ventilkegel gekoppelt ist. Bei einer Drehbewegung des Rotors gleitet die Stellstange längs der Motorachse in der Nabe durch eine integrierte Verdrehsicherung im Ventilkörper. Zur Gewährleistung der Funktion der Sicherheitsverstellung ist eine Rückstellfeder vorhanden. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der Ventilantrieb aus einem Motorteil und einem Ventilteil mit durchgehender Stellstange besteht und die als Spiralfeder ausgebildete Rückstellfeder auf der Drive-Seite des Motors platziert ist und als erstes Element des Ventilteils nach dem Koppelelement mit dem sie aufnehmenden Ventilkörper und über das Koppelelement mit dem Rotor des Motorteils gekoppelt ist.
Als besonders nachteilig bei den vorbekannten Gasventilen ist die Tatsache zu nennen, dass auf Grund der vielen benötigten Einzelteile große Toleranzketten bzw. eine Überlagerung der Stellwege zu verzeichnen sind, die zum einen eine aufwendige Montage erfordern und zum anderen die Störanfälligkeit erhöhen.
Ein weiterer signifikanter Nachteil bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten Gasventilen besteht darin, dass die zur Erzielung der äußeren Gasdichtheit erforderliche Dichthülse die mechanische Leistung der Aktuatoren der Gasventile beschränken. Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung vorzuschlagen, das zur Sicherstellung zweier Schnellschlussfunktionen und einer Modulierfunktion einfacher aufgebaut ist, und bei dem die dafür vorgesehenen beiden Schließelemente mechanisch vollständig entkoppelt sind.
Erfindungsgemäß umfasst das Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung zumindest ein Gehäuse mit zwei steuerbaren Schließelementen, deren Achsen voneinander beabstandet sind und sich in einer Linie in Gasströmungsrichtung hintereinander zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal des Gehäuses erstrecken, wobei das erste Schließelement in Richtung des Einlasskanals und das zweite Schließelement in Richtung des Auslasskanals wirkt. Die beiden Schließelemente verschließen im stromlosen Zustand unabhängig voneinander jeweils mittels eines zugehörigen Federelements schlagartig das Gasregel- und Sicherheitsventil. Das zusätzlich zur Modulation des Gasstromes dienende erste Schließelement umfasst einen Drosselkörper sowie davon beabstandet das erste Federelement. Das erste Schließelement wird von einem mit einem Elektromotor mit zumindest einer Erregerwicklung gekoppelten Spindel-Mutter- System angetrieben. Das zweite Schließelement hingegen weist einen mit einem Anker verbundenen Verschlusskörper auf, wobei der Anker in einem zylinderartigen Hohlraum und gegen die Kraft des am Anker angreifenden zweiten Federelements arbeitend angeordnet ist. Der Hohlraum ist dabei von einer als Teil eines Elektromagnets ausgebildeten Erregerwicklung des Ankers umgeben.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die beiden Schließelemente vollständig mechanisch voneinander entkoppelt sind. Darüber hinaus können unter Verzicht auf eine gasdichte Dichthülse im Luftspalt des Linearantriebes und/oder Elektromagneten größere Stellkräfte realisiert werden. Durch den Verzicht auf die gasdichte Isolierhülle sind die stromführenden Bauteile, insbesondere die Erregerwicklung des als Schrittmotor ausgeführten Elektromotors des ersten Schließelements und die Erregerwicklung des Ankers des zweiten Schließelements, im Gasstrom platziert. Mit praktischen Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass das erfindungsgemäße Gasregel- und Sicherheitsventil mit bis zu 30% größeren Stellkräften arbeiten kann, was zu einer erhöhten Betriebssicherheit führt. Das heißt, dass bei gleicher Kraft eine wirtschaftlichere Dimensionierung des erfindungsgemäßen Gasregel- und Sicherheitsventils erfolgen kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse zweiteilig mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil ausgebildet ist, wobei das erste Schließelement im ersten Gehäuseteil und das zweite Schließelement im zweiten Gehäuseteil platziert ist. Das Gehäuse weist bevorzugt eine Zylinderform auf, wobei an einer ersten Stirnseite der Einlasskanal und die Einlasskammer und an der anderen Stirnseite der Auslasskanal platziert sind. Die beiden Gehäuseteile werden zur Fertigung des Gasregel- und Sicherheitsventils üblicherweise derart miteinander verbunden, dass die stirnseitigen Wandungen beider Gehäuseteile aufeinander liegen und unter Verwendung eines Dichtelements gegeneinander abdichten.
Der Anker des zweiten Schließelements kann sowohl als Vollanker als auch als Hohlanker gefertigt sein. Ein als Hohlanker ausgebildeter Anker ist dabei in dem zylinderartigen Hohlraum gegen die Kraft des innerhalb des Hohlankers platzierten zweiten Federelements arbeitend angeordnet. Bei Verwendung eines Vollankers hingegen greift das zweite Federelement außen am Vollanker an.
Das Spindel-Mutter-System kann erfindungsgemäß sowohl innerhalb des Elektromotors als auch außerhalb des Elektromotors angeordnet sein. Im ersten Fall wird die Mutter bzw. der Rotor von der Erregerwicklung des Motors angetrieben, wobei die Spindel als Antriebsachse ausgebildet ist. Im zweiten Fall wird die Mutter von der Motorwelle angetrieben.
Die voneinander beabstandeten Achsen der beiden steuerbaren Schließelemente können beliebig zueinander, jedoch bevorzugt orthogonal als Eckventil, parallel oder axial in einer geraden Linie hintereinander, im Gehäuse platziert sein.
Bei der Ausbildung des Gasregel- und Sicherheitsventil mit axial in einer geraden Linie hintereinander angeordneten Schließelementen ist zusätzlich eine Wellfederscheibe vorgesehen, die zum Zwecke des Ausgleichs der axialen Toleranzen sowie zur Sicherstellung eines erforderlichen Anpressdrucks der beiden Schließelemente an der Gehäusewand sandwichartig zwischen den zueinander weisenden Stirnseiten der beiden Schließelemente platziert ist.
Nach der Konzeption der Erfindung ist in Gasströmungsrichtung dem Einlasskanal die Einlasskammer nachgeordnet, wobei in Schließstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils der Drosselkörper mittels seiner Dichtfläche auf einem am Ende der Einlasskammer angeordneten Ventilsitz und der Verschlusskörper mittels seiner Dichtfläche auf einem am Anfang des Auslasskanals angeordneten Ventilsitz gasdicht aufsitzt. Der Drosselkörper ist hierbei zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung in der Einlasskammer axial beweglich ausgebildet.
Die Gemeinsamkeit beider Schließelemente besteht darin, dass beide Schließelemente mit jeweils einem zugehörigen vorgespannten Federelement beaufschlagt sind. Der signifikante Unterschied in der Funktion beider Schließelemente besteht allerdings darin, dass das erste Schließelement eine Regelfunktion zur Anpassung des Gasstroms an eine veränderliche Wärmelast übernimmt und das zweite Schließelement ausschließlich als Sicherheits- Absperreinrichtung eingesetzt wird. Das erste Schließelement wird dabei mittels eines Linearantriebs aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung entgegen einer Federkraft bewegt. Das zweite Schließelement hingegen wird in seiner Offenposition mittels eines Elektromagnets gehaltert.
Durch die voneinander unabhängige Funktions- und Betriebsweise der beiden Schließelemente wird eine vollständige Blockade des erfindungsgemäßen Gasregel- und Sicherheitsventils im Havarie- oder Fehlerfall zuverlässig ausgeschlossen.
Der Drosselkörper des ersten Schließelements kann jedwede Form und Ventilkennlinie zur Modulation des zur Versorgung des Brenners der Gasheizeinrichtung benötigten Gasstroms auf. Bevorzugt wird jedoch eine progressive Ventilkennlinie gewählt, da hiermit variable Versorgungsdrücke besser stabilisiert werden können und damit die Gefahr eines schwingenden Regelkreises unterbunden wird.
Der Verschlusskörper des zweiten Schließelements übernimmt dann die Funktion einer Sicherheitsabsperrvorrichtung, wenn das Gasregel- und Sicherheitsventil stromlos geschaltet ist. Bei Spannungsausfall wird der Auslasskanal mittels des Verschlusskörpers gasdicht verschlossen, indem sich das innerhalb des Hohlankers platzierte zweite Federelement oder das bei einem Vollanker außen angreifende zweite Federelement entspannt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Ventilsitz und die Dichtfläche des Drosselkörpers jeweils ringförmig ausgebildet, wobei in der Offenstellung des Drosselkörpers sich zwischen dem Ventilsitz und dem Drosselkörper ein Ringspalt für das einströmende Gas ausbildet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Gasregel- und Sicherheitsventil nur aus wenigen Komponenten aufgebaut ist, was zum einen den Vorfertigungsgrad erhöht und zum anderen die Störanfälligkeit verringert.
In dem sich longitudinal erstreckenden Gasregel- und Sicherheitsventil strömt das Gas im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des Gehäuses ohne größere Richtungsumlenkungen, so dass in der Offenstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils bzw. seiner Schließelemente der auftretende Druckverlust relativ gering ist. Hierzu ist ein vom Gas durchströmter Kanal innerhalb des Gehäuses vorgesehen, der sich vom Einlasskanal bis zum Auslasskanal ringförmig um die beiden Schließelemente erstreckt.
Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
■ durch die voneinander beabstandete Anordnung der Achsen der beiden Schließelemente in einer geraden Linie hintereinander kann das Gasregel- und Sicherheitsventil unter Verzicht auf eine Dichthülse höhere Stellkräfte sowie einen besseren Wirkungsgrad realisieren,
■ in den Ventilaufbau lässt sich sehr einfach die Elektronik zur Ansteuerung und Regelung des Ventils integrieren, da die Verbindungsleitung vom Motor und Elektromagnet über eine einzige in der Gehäusewandung des Ventils platzierte gasdichte Durchführung geführt werden kann,
■ verringerte Herstellungskosten durch Verwendung von nur weniger Komponenten,
■ die vollständig mechanische Entkopplung der beiden Schließelemente erhöht die Ausfallsicherheit,
■ beide Schließelemente werden jeweils durch ein vorgespanntes Federelement beaufschlagt und verfügen damit beide über eine Schnellschließfunktion, ■ der Drosselkörper des ersten Schließelements übernimmt zusätzlich eine Regel- bzw. Modulationsfunktion zur Anpassung des Gasstroms an veränderliche Wärmelasten und
■ der Antrieb des ersten Schließelements ist als Linearantrieb und der Antrieb des zweiten Schließelements ist als Elektromagnet ausgebildet.
Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
Fig. 1: eine Schnittdarstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils mit einem innerhalb des Motors angeordneten Spindel-Mutter-System in Offenstellung der beiden Schließelemente,
Fig. 2: eine Schnittdarstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils mit einem innerhalb des Motors angeordneten Spindel-Mutter-System in Schließstellung der beiden Schließelemente und
Fig. 3: eine Schnittdarstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils mit einem außerhalb des Motors angeordneten Spindel-Mutter- System in Schließstellung der beiden Schließelemente.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein und dasselbe erfindungsgemäße Gasregel- und Sicherheitsventil mit einem innerhalb des Motors angeordneten Spindel-Mutter- System jeweils in einer Schnittdarstellung in der Schließstellung und in der Offenstellung. Das Gasregel- und Sicherheitsventil besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil 1.1 und einem zweiten Gehäuseteil 1.2. Beide Gehäuseteile 1.1 und 1.2 sind in ihrem Koppelbereich an ihren Außenseiten miteinander verschraubt und abgedichtet. Am Ende des ersten Gehäuseteils 1.1 ist der Einlasskanal 2 mit der sich in Strömungsrichtung des Gases daran anschließenden Einlasskammer 3 platziert. Am Ende des zweiten Gehäuseteils befindet sich die Auslasskammer. Innerhalb des Gehäuses sind als zentrale Komponenten das erste, in Richtung des Einlasskanals 2 wirkende Schließelement sowie das zweite, in Richtung des Auslasskanals wirkende Schließelement platziert, deren Achsen voneinander beabstandet sind und sich in einer geraden Linie hintereinander zwischen dem Einlasskanal 2 und dem Auslasskanal 4 erstrecken. Das elektrisch steuerbare erste Schließelement erstreckt sich dabei im ersten Gehäuseteil 1.1 ausgehend vom Koppelbereich 19 bis zur Einlasskammer 3 und das elektrisch steuerbare zweite Schließelement erstreckt sich im zweiten Gehäuseteil 1.2 ausgehend vom Koppelbereich 19 bis zur Auslasskammer 4. Innerhalb des Gasregel- und Sicherheitsventils strömt das Gas in einem im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Kanal 5, der sich von der Einlasskammer 3 bis zum Auslasskanal 4 erstreckt, wobei die stromführenden Bauteile ohne Verwendung einer gasdichten Dichthülse im Gasstrom platziert sind. Das erste Schließelement weist eine als Spindel eines Linearantriebs 15 ausgebildete Antriebsachse 15.1 auf, an derem Ende ein Drosselkörper 8 und an derem gegenüberliegenden Ende, respektive im Koppelbereich der beiden Gehäuseteile 1.1 , 1.2, das erste Federelement 7 platziert ist. Der Schrittmotor umfasst ferner die Wicklungen 16 des Elektromotors 15 mit dem nicht näher spezifizierten Rotor, welcher mit der sich translatorisch bewegenden Antriebsachse 15.1 gekoppelt ist. Die Umwandlung der Rotationsbewegung des Rotors in eine Translationsbewegung der Antriebsachse 15.1 erfolgt demnach innerhalb des Elektromotors 15 mittels des Spindel-Mutter-Systems. Das zweite Schließelement hingegen umfasst einen mit einem Hohlanker 9 verbundenen Verschlusskörper 10, wobei der Hohlanker 9 in einem zylinderartigen, von einer als Teil eines Elektromagnets ausgebildeten Erregerwicklung 17 des Hohlankers 9 umgebenden Hohlraum 18 und gegen die Kraft des innerhalb des Hohlankers 9 platzierten zweiten Federelements 12 arbeitend angeordnet ist. Mittels ihrer zugehörigen Federelemente 7, 12 verschließen die beiden Schließelemente unabhängig voneinander im stromlosen Zustand schlagartig das Gasregel- und Sicherheitsventil. Das erste Schließelement wird jedoch unter Verwendung des Linearantriebs zusätzlich zur Modulation des Gasstromes eingesetzt. Der Drosselkörper 8 des ersten Schließelements ist zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung in der Einlasskammer 3 axial beweglich ausgebildet. In Schließstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils gemäß Fig. 1 sitzt der Drosselkörper 8 mittels seiner Dichtfläche 8.1 auf einem am Ende der Einlasskammer 3 angeordneten Ventilsitz 13 auf. Der Verschlusskörper 10 verschließt in der Schließstellung die Auslasskammer mittels seiner Dichtfläche 11 , die auf einem am Anfang des Auslasskanals 4 angeordneten Ventilsitz 14 gasdicht aufsitzt. Der Ventilsitz 13 und die Dichtfläche 8.1 des Drosselkörpers 8 sind dazu jeweils ringförmig ausgebildet. In der Offenstellung des Drosselkörpers 8 gemäß Fig. 2 bildet sich zwischen dem Ventilsitz 13 und dem Drosselkörper 8 ein Ringspalt für das einströmende Gas aus. Der Drosselkörper 8 weist bevorzugt eine konische Form auf. Im Koppelbereich 19 des ersten Gehäuseteils 1.1 und des zweiten Gehäuseteils 1.2 ist eine partiell sich über den Querschnitt des Gasregel- und Sicherheitsventils erstreckende Wellfederscheibe 6 vorgesehen, die sandwichartig zwischen den zueinander weisenden Stirnseiten der beiden Schließelemente platziert ist. Die Wellfederscheibe 6 kontaktiert folglich partiell beide Schließelemente und sichert primär den Ausgleich der axialen Toleranzen der beiden Schließelemente. Sekundär erzeugt sie den erforderlichen Anpressdrucks, respektive die Vorspannung, der beiden Schließelemente an der zugehörigen Gehäuseinnenwand.
Die Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils mit einem außerhalb des Elektromotors 15 angeordneten Spindel-Mutter- System in Schließstellung der beiden Schließelemente unter Verwendung der Bezugszeichen aus den Figuren 1 und 2. Der grundsätzliche Aufbau des Gasregel- und Sicherheitsventils entspricht dem der Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, dass der Elektromotor 15 eine Motorwelle 15.2 aufweist, an derem Ende das Spindel-Mutter-System außerhalb des Elektromotors 15 platziert ist. Die Umwandlung der Rotationsbewegung der Motorwelle 15.2 in eine Translationsbewegung des Drosselkörpers 8 erfolgt demnach außerhalb des Elektromotors 15 mittels des Spindel-Mutter-Systems.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Gehäuse
1.1 erstes Gehäuseteil
1.2 zweites Gehäuseteil
2 Einlasskanal
3 Einlasskammer
4 Auslasskanal
5 Kanal
6 Wellfederscheibe
7 erstes Federelement
8 Drosselkörper
8.1 Dichtfläche des Drosselkörpers
9 Anker
10 Verschlusskörper
11 Dichtfläche des Verschlusskörpers
12 zweites Federelement
13 Ventilsitz des Drosselkörpers
14 Ventilsitz des Verschlusskörpers
15 Linearantrieb, Elektromotor
15.1 Antriebsachse
15.2 Motorwelle
16 Wicklungen des Motors
17 Erregerwicklung des Ankers
18 Hohlraum
19 Koppelbereich
20 Ringspalt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Gasregel- und Sicherheitsventil für Brenner einer modulierbaren Gasheizeinrichtung, zumindest umfassend ein Gehäuse (1) mit zwei steuerbaren Schließelementen, deren Achsen voneinander beabstandet sind und sich seriell in Gasströmungsrichtung hintereinander zwischen einem Einlasskanal (2) und einem Auslasskanal (4) des Gehäuses erstrecken, und beide Schließelemente unabhängig voneinander jeweils mittels eines zugehörigen Federelements (7, 12) im stromlosen Zustand schlagartig das Gasregel- und Sicherheitsventil verschließen, und das zusätzlich zur Modulation des Gasstromes dienende erste Schließelement einen Drosselkörper (8) sowie davon beabstandet das erste Federelement (7) umfasst, wobei das erste Schließelement von einem mit einem Elektromotor (15) mit zumindest einer Erregerwicklung (16) gekoppelten Spindel-Mutter-System angetrieben wird, und dass das zweite Schließelement einen mit einem Anker (9) verbundenen Verschlusskörper (10) aufweist, wobei der Anker (9) in einem zylinderartigen Hohlraum (18) und gegen die Kraft des am Anker (9) angreifenden zweiten Federelements (12) arbeitend angeordnet ist, und dieser Hohlraum von einer als Teil eines Elektromagneten ausgebildeten Erregerwicklung (17) des Ankers (9) umgeben ist.
2. Gasregel- und Sicherheitsventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die stromführenden Bauteile ohne Verwendung einer gasdichten Dichthülse im Gasstrom platziert sind.
3. Gasregel- und Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als stromführende Bauteile die Erregerwicklung (16) des Schrittmotors (15) des ersten Schließelements und die Erregerwicklung (17) des Ankers (9) des zweiten Schließelements vorgesehen sind.
4. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) als Hohlanker ausgebildet ist, wobei der Hohlanker (9) in dem zylinderartigen Hohlraum (18) gegen die Kraft des innerhalb des Hohlankers (9) platzierten zweiten Federelements (12) arbeitend angeordnet ist.
5. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander beabstandeten Achsen der beiden steuerbaren Schließelemente beliebig zueinander im Gehäuse (1) platziert sind.
6. Gasregel- und Sicherheitsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander beabstandeten Achsen der beiden steuerbaren Schließelemente orthogonal, parallel oder axial in einer geraden Linie hintereinander im Gehäuse (1) platziert sind.
7. Gasregel- und Sicherheitsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung des Gasregel- und Sicherheitsventils mit axial in einer geraden Linie hintereinander angeordneten Schließelementen eine Wellfederscheibe (6) vorgesehen ist, die zum Zwecke des Ausgleichs der axialen Toleranzen sowie zur Sicherstellung eines erforderlichen Anpressdrucks der beiden Schließelemente an der Gehäusewand sandwichartig zwischen den zueinander weisenden Stirnseiten der beiden Schließelemente platziert ist.
8. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Gasströmungsrichtung dem Einlasskanal (2) eine Einlasskammer (3) nachgeordnet ist, wobei in Schließstellung des Gasregel- und Sicherheitsventils der Drosselkörper (8) mittels seiner Dichtfläche (8.1) auf einem am Ende der Einlasskammer (3) angeordneten Ventilsitz (13) und der Verschlusskörper (10) mittels seiner Dichtfläche (11) auf einem am Anfang des Auslasskanals (4) angeordneten Ventilsitz (14) gasdicht aufsitzt.
9. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (8) zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung in der Einlasskammer (3) axial beweglich ausgebildet ist.
10. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (13) und die Dichtfläche (8.1) des Drosselkörpers (8) jeweils ringförmig ausgebildet sind, wobei in der Offenstellung des Drosselkörpers (8) sich zwischen dem Ventilsitz (13) und dem Drosselkörper (8) ein Ringspalt für das einströmende Gas ausbildet.
11. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zweiteilig mit einem ersten Gehäuseteil (1.1) und einem zweiten Gehäuseteil (1.2) ausgebildet ist, wobei das erste Schließelement im ersten Gehäuseteil (1.1) und das zweite Schließelement im zweiten Gehäuseteil (1.2) platziert ist.
12. Gasregel- und Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spindel-Mutter-System entweder innerhalb des Elektromotors unter Verwendung einer Antriebsachse (15.1) oder außerhalb des Elektromotors unter Verwendung einer Motorwelle (15.2) angeordnet ist.
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