NL2001471C2 - Elektromagneetklep met van een opstaande zittingrand voorziene groef voor borging van een afdichtelement. - Google Patents

Description

P29328NL00/RR

Korte aanduiding: Elektromagneetklep met van een opstaande zittingrand voorziene groef voor borging van een afdichtelement.

De uitvinding heeft betrekking op een elektromagneetklep voor het reguleren van een mediumstroom, in het bijzonder op een zogenaamde gebalanceerde 3-weg elektromagneetklep. Gebalanceerd wil hierbij zeggen dat de kracht die nodig is voor het openen of sluiten van de klep, onafhankelijk is van de mediumdruk. De mediumdruk kan 5 hierbij op een willekeurige in- of uitlaatpoort van de klep komen te staan, zonder dat deze mediumdruk van invloed is op de kracht die nodig is voor het openen of sluiten van de klep. Balans wordt hierbij verkregen door stroomopwaarts van een afdichtgebied even grote tegengesteld gerichte oppervlakken aan een beweegbaar klepelement van de klep te voorzien die aan het medium worden blootgesteld.

10 Uit de stand van de techniek zijn vele varianten bekend van elektromagneetkleppen.

Zie bijvoorbeeld US-2,971,090 en US-3,077,207. De hierin geopenbaarde elektromagneetkleppen omvat telkens drie inlaat resp. uitlaatpoorten en een daartussen in een axiale boring van een behuizing heen en weer beweegbaar klepelement. Het klepelement en/of de behuizing zijn voorzien van omtreksgroeven waarin O-ringen zijn 15 opgenomen. Verder zijn zittingen voorzien waartegen de O-ringen afhankelijk van de positie van het klepelement afdichtend aan kunnen komen te liggen.

Nadelig hierbij is dat de afdichting soms te wensen over laat. Zo kan het bijvoorbeeld gebeuren dat in een gesloten stand er toch nog medium weglekt rondom de O-ring. Dit kan nog eens worden versterkt doordat het medium druk uitoefent die zich voortzet tot tussen de 20 groefwand en de Ο-ring. Met name bij hoge drukken zal dit er toe leiden dat de O-ring enigszins uit zijn omtreksgroef naar buiten wordt gedrukt, of zelfs volledig uit de groef naar buiten plopt. Temperatuurschommelingen, maattoleranties, veroudering en slijtage van de betreffende onderdelen kunnen hierbij tot een groter risico op lekkage leiden.

Aanvraagster verkoopt zelf sinds een groot aantal jaren een gebalanceerde 3-weg 25 elektromagneetklep van het direct werkende type onder de ASCO serie 327. Dit type elektromagneetklep wordt bijvoorbeeld gebruikt om grote vlinderkleppen en kogelkleppen aan te sturen die gebruikt worden in de procesindustrie en de petrochemische industrie. Als gevolg van variërende omgevingsinvloeden en procesomstandigheden zoals temperatuur en gebruikt medium, dienen de daarin toegepaste afdichtingen bestand te zijn tegen een 30 brede range aan condities teneinde een betrouwbare afdichting bij een bepaalde vereiste druk te kunnen verschaffen. Hiertoe kan een keuze worden gemaakt uit verschillende typen - 2 - elastomere afdichtingsmaterialen, elk met zijn eigen specifieke eigenschappen, zoals temperatuureigenschappen en chemische resistentie. De huidige constructie omvat O-ringen die nauw gesloten zijn opgenomen in daartoe overeenkomstig uitgespaarde groeven in een houder van het klepelement.

5 Nadelig is dat bij te hogere drukken, bijvoorbeeld tussen de 14 en 20 bar, de O- ringen de neiging krijgen om uit hun groeven naar buiten te rollen. Deze neiging is sterk afhankelijk van de passing van de O-ring in de groef, de temperatuur van het medium en de hardheid van het elastomere materiaal van de O-ring. Getracht is dit probleem te ondervangen door O-ringen te gaan vervaardigen met een hogere maattolerantie zodat 10 deze beter nauw sluitend konden worden opgenomen in de bijbehorende groeven. Met name bij toepassing van dure afdichtingsmaterialen voor agressieve media leidde dit echter al snel tot aanzienlijk hogere kosten. Ook is getracht te werken met direct in de groeven gevulkaniseerde afdichtingsmaterialen. Vulkaniseren is echter een onnauwkeurig proces en leidt tot een harder afdichtingselement doordat dit volledig vast komt te liggen in de groef.

15 Dit dient dan weer te worden ondervangen met een aanpassing van de instelling van de slag van het klepelement, hetgeen een negatieve impact heeft op de benodigde magneetkrachten resp. op de te verkrijgen afdichtingsgraad.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel de bovengenoemde nadelen ten minste gedeeltelijk te ondervangen dan wel een bruikbaar alternatief te verschaffen. In het 20 bijzonder heeft de uitvinding tot doel een elektromagneetklep te verschaffen met een hogere afdichtingsgraad en die geschikt is voor hogere drukken.

Dit doel wordt bereikt door een elektromagneetklep volgens conclusie 1. Hierbij omvat de klep een behuizing met een axiale boring die in stromingsverbinding staat met ten minste een inlaat- en een uitlaatpoort. Een klepelement is in de boring in axiale richting heen 25 en weer beweegbaar. De klep omvat een ringvormige groef die begrensd wordt door een groefwand die deel uitmaakt van de behuizing of het klepelement. In de groef is een ringvormig afdichtelement van een elastomeer materiaal vormgesloten opgenomen. Het klepelement is beweegbaar tussen een gesloten stand waarin het afdichtelement afdichtend aanligt tegen een eerste zitting en een open stand waarin tussen het afdichtelement en de 30 eerste zitting een doorstromingsopening is vrijgelaten. Overeenkomstig de uitvindingsgedachte is een tweede zitting voorzien die is uitgevoerd als ringvormige rand die uitsteekt van de groefwand en die in het afdichtelement naar binnen steekt. Het afdichtelement dient zich bij plaatsing in de groef bij voorkeur enigszins elastisch te vervormen rondom de tweede zitting teneinde goed plaats te kunnen nemen in de groef.

35 Met veel voordeel vormt de tweede zitting een additionele zitting die tezamen met de eerste zitting voorkomt dat het afdichtelement geheel of gedeeltelijk uit de groef naar buiten gedrukt wordt onder invloed van de heersende mediumdruk. Een ander voordeel is dat in de - 3 - gesloten stand van de klep het afdichtelement nu aanligt tegen zowel de tweede zitting alsook tegen de eerste zitting. De extra zitting levert als het ware een mechanische borging en een extra afdichtingsrand op voor het afdichtelement. Dit alles waarborgt een betrouwbare afdichting in de gesloten stand, ook indien de passing van het afdichtelement 5 in de groef een zekere mate van speling heeft, bijvoorbeeld als gevolg van temperatuurschommelingen, maattoleranties, veroudering en/of slijtage van de betreffende onderdelen. Kleine volumeverschillen van het ringvormige afdichtelement doen nu minder ter zake en kunnen goed en eenvoudig worden opgevangen door de tweede zitting. Hetzelfde geldt voor eventuele oneffenheden in de groefwand. De aldus verkregen 10 constructie is goed bestand gebleken bij hogere drukken. Drukken tot meer dan 25 bar zijn nu goed mogelijk en leveren nog steeds een goed resultaat op. Speciale O-ringen of andersoortige afdichtelementen met hoge maattoleranties hoeven met voordeel niet langer te worden vervaardigd.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is de tweede zitting voorzien op een positie langs 15 de groefwand die gelegen is op afstand van de vrije omtreksranden daarvan, bijvoorbeeld op een afstand van ten minste enkele millimeters, en/of in een middengelegen positie tussen deze vrije omtreksranden. Meer in het bijzonder is de tweede zitting voorzien op een positie langs de groefwand die zich uitstrekt onder een hoek van 40-50 graden ten opzichte van de axiale richting van de behuizing. Deze maatregelen afzonderlijk of in combinatie 20 waarborgen dat de tweede zitting voldoende in het afdichtelement naar binnen kan steken teneinde zijn functie te kunnen vervullen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het afdichtelement een O-ring, en begrenst de groefwand een ten minste halfronde complementaire dwarsdoorsnede waarlangs de tweede zitting voorzien is. O-ringen zijn goedkoop, betrouwbaar en kunnen eenvoudig en 25 nauwkeurig worden vervaardigd uit allerlei soorten elastomeren. Verder zijn ze zowel geschikt voor hoge als lage drukken.

De tweede zitting strekt zich met voordeel in omtreksrichting ononderbroken uit langs de groefwand. De tweede zitting vormt dan als het ware een continue drempel tegen een tussen de groefwand en het afdichtelement naar binnen komende drukgolf. De drukgolf 30 wordt hierdoor met voordeel onderbroken en kan dan niet langer langs de gehele groefwand druk naar buiten toe uitoefenen op het afdichtelement.

In een uitvoeringsvorm is de tweede zitting integraal aangevormd aan de groefwand. Zo is het mogelijk om de tweede zitting in één bewerkingsgang tegelijk met de groef te vervaardigen in een draaibewerking met behulp van een geschikt gevormde steekbeitel.

35 De uitvinding wordt bij voorkeur uitgevoerd in een elektromagneetklep van het bovengenoemde direct werkende gebalanceerde 3-weg type. De klep wordt hierbij voorzien van twee in axiale richting tegengesteld gerichte groeven met zittingrand en een daarin - 4 - opgenomen afdichtelement. Dit maakt het met voordeel mogelijk om dit type klep met een zeer laag vermogen te bedienen en om daarbij tegelijkertijd een zeer hoge afdichtingsgraad te verkrijgen.

Verdere voorkeursuitvoeringsvormen zijn vastgelegd in de onderconclusies.

5

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin:

Fig. 1 een schematisch aanzicht is in doorsnede van een voorkeursuitvoeringsvorm van een 3-weg elektromagneetklep volgens de uitvinding in een vrijgegeven stand; 10 Fig. 2 een aanzicht is overeenkomstig fig. 1 in een ingeschakelde stand;

Fig. 3 een deelaanzicht is van fig. 1 op vergrote schaal;

Fig. 4 een opengewerkt aanzicht is in perspectief van de houder in fig. 1; en

Fig. 5 een deelaanzicht is in doorsnede van de houder in fig. 4.

15 De elektromagneetklep is in figuur 1 en 2 in zijn geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 1. De klep 1 omvat drie inlaat- resp. uitlaatpoorten 2, 3 en 4 die voorzien zijn in een behuizing 5 en aldaar aansluiten op een axiale boring 7. In de boring is een klepelement 8 voorzien dat middels aansturing van een elektromagneet 10 ih axiale richting op en neer beweegbaar is. Fig. 1 toont hierbij de stand waarin de magneet 10 is 20 uitgeschakeld en het klepelement 8 onder invloed van veren 11a, 11b naar beneden gedrukt is. Fig. 2 toont hierbij de stand waarin de magneet 10 is ingeschakeld en het klepelement 8 onder invloed van de magneetkrachten omhoog getrokken is.

Het klepelement 8 omvat een kern 12, een daarop geschoven houder 13 en een daarop geschoven bus 14. Tezamen begrenzen de kern 12, de houder 13 en de bus 14 25 twee ringvormige groeven waarin O-ringen 19, 20 zijn opgenomen. Elke aldus gevormde ringvormige groef heeft een ten minste gedeeltelijk cirkelsegmentvormige dwarsdoorsnede en omhult hierbij met zijn groefwanden meer dan de halve dwarsdoorsnede van de betreffende O-ring 19, 20, in het bijzonder meer dan driekwart van de dwarsdoorsnede, onder vrijlating van axiaal gerichte openingen 22. Elke O-ring 19, 20 is hierdoor 30 vormgesloten vastgehouden in zijn groef. De groefwanden van de bovengelegen groef worden enerzijds gevormd door de houder 13 en anderzijds door de kern 12. Op de kern 12 is een in radiale richting naar buiten toe uitstekende vrije omtreksrand voorzien. De groefwanden van de ondergelegen groef worden enerzijds gevormd door de houder 13 en anderzijds door de bus 14. De bus 14 is voorzien van een in radiale richting naar buiten toe 35 uitstekende vrije omtreksrand. Deze rand is bijvoorbeeld verkregen door het vrije einde van de bus 14 al dan niet tezamen met een deel van het vrije einde van de kern 12 enigszins op te stuiken.

- 5 -

De behuizing 5 is voorzien van twee eerste zittingen 25, 26 die hier enigszins scherpgerand zijn uitgevoerd en die gepositioneerd zijn tegenover de respectieve O-ringen 19, 20. Afhankelijk van de stand van de klep 1 komt hetzij de O-ring 19 afdichtend aan te liggen tegen zijn bijbehorende zitting 25 (fig. 2), hetzij de O-ring 20 afdichtend aan te liggen 5 tegen zijn bijbehorende zitting 26 (fig. 1).

Zoals duidelijk te zien in fig. 3, is op een middengelegen positie op afstand van de vrije omtreksranden van de groef een tweede zitting 30 integraal aangevormd aan de houder 13. Deze zitting 30 is uitgevoerd als ringvormige rand die uitsteekt van de groefwand en steekt zodanig in de O-ring 20 naar binnen dat deze als gevolg daarvan enigszins 10 vervormt.

De houder 13 is symmetrisch uitgevoerd, hetgeen voordelig is voor de vervaardiging en de assemblage. Beide in de houder voorziene groefdelen zijn hierbij uitgerust met een van de groefwand uitstekende zittingrand. De groefdelen zijn elk voorzien in één van beide axiaal gericht kopse einden van de houder 13. De symmetrie is duidelijk te zien in fig. 4. In 15 deze fig. is ook duidelijk te zien dat de zitting 30 zich in omtreksrichting ononderbroken uitstrekt langs het deel van de groefwand dat voorzien is in de houder 13.

De opstelling van de van de groefwand uitstekende zittingrand 30 is bij voorkeur zodanig dat deze in axiale richting ten minste gedeeltelijk naar de zitting 26 toe gericht is. Zoals te zien is in fig. 5 heeft de zitting 30 een hartlijn die zich uitstrekt onder een hoek van 20 40-50 graden, in het bijzonder ca. 45 graden ten opzichte van de axiale richting 50. Verder heeft de zitting 30 hier een hoogte van tussen de 0,2-0,4 mm, in het bijzonder ca. 0,3 mm. De zitting 30 heeft schuin weglopende zijwanden, in het bijzonder zijwanden die onder een hoek van 25-35 graden, meer in het bijzonder 30 graden, staan ten opzichte van de hartlijn van de zitting 30. Aan zijn vrije einde is de zitting 30 afgerond, in het bijzonder met een 25 radius van maximaal 0,1 mm. Het deel van de groefwand dat voorzien is in de houder 13 heeft een cirkelsegmentvormige dwarsdoorsnede die meer dan 180 graden beslaat en waarvan de hartlijn net als die van de zitting 30 zich uitstrekt onder een schuine hoek ten opzichte van de axiale richting. Dit maakt het mogelijk om de houder 13 inclusief zijn groeven en zittingen te vervaardigen in een draaiproces. De houder 13 wordt bijvoorbeeld 30 vervaardigd uit een magnetisch RVS materiaal.

Naast de getoonde uitvoeringsvorm zijn vele varianten mogelijk. Zo kan de uitvinding ook worden toegepast in andersoortige (elektromagneet)kleppen, bijvoorbeeld 2-weg kleppen met slechts één in een groef met zittingrand voorziene O-ring. In plaats van een O-ring kunnen ook andersoortige afdichtelementen worden toegepast met andersvormige 35 dwarsdoorsneden. De van de groefwand uitstekende zittingrand kan op een andere positie daarlangs zijn voorzien en/of andersvormig zijn uitgevoerd, terwijl er ook meerdere van de groefwand uitstekende zittingranden kunnen zijn voorzien. Zo kan bijvoorbeeld het door de - 6 - houder gevormde deel van de groefwand meerdere zittingranden omvatten. Ook is het mogelijk om de kern en/of de bus uit te rusten met dergelijke zittingranden.

Aldus is volgens de uitvinding een betrouwbaar werkende elektromagneetklep verschaft die goedkoop kan worden vervaardigd en die zich goed leent voor toepassing 5 onder zware omstandigheden.

10

Claims (17)

1. Elektromagneetklep omvattende: - een behuizing met een axiale boring die in stromingsverbinding staat met ten minste een inlaat- en een uitlaatpoort; - een klepelement dat in de boring in axiale richting heen en weer beweegbaar is; 5. ten minste één ringvormige groef die begrensd wordt door een groefwand die deel uitmaakt van de behuizing dan wel het klepelement; - een ringvormig afdichtelement van een elastomeer materiaal dat vormgesloten is opgenomen in de groef; waarbij het klepelement beweegbaar is tussen een gesloten stand waarin het afdichtelement 10 afdichtend aanligt tegen een eerste zitting en een open stand waarin tussen het afdichtelement en de eerste zitting een doorstromingsopening is vrijgelaten, met het kenmerk, dat een tweede zitting is voorzien die is uitgevoerd als ringvormige rand die uitsteekt van de groefwand en die in het vormgesloten in de groef opgenomen afdichtelement naar binnen 15 steekt.

2. Elektromagneetklep volgens conclusie 1, waarbij de tweede zitting voorzien is op een positie langs de groefwand die gelegen is op afstand van de vrije omtreksranden daarvan.

3. Elektromagneetklep volgens conclusie 2, waarbij de tweede zitting voorzien is in een middengelegen positie tussen de vrije omtreksranden van de groefwand.

4. Elektromagneetklep volgens één van de conclusies 2-3, waarbij de tweede zitting een hartlijn heeft die zich uitstrekt onder een hoek van 40-50 graden ten opzichte van de 25 axiale richting van de behuizing.

5. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het afdichtelement een O-ring is, en de groefwand een ten minste halfronde complementaire dwarsdoorsnede begrenst waarlangs de tweede zitting voorzien is. 30

6. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede zitting zich in omtreksrichting ononderbroken uitstrekt langs de groefwand.

7. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede 35 zitting integraal is aangevormd aan de groefwand. - 8 -

8. Elektromagneetklep volgens conclusie 7, waarbij de tweede zitting tegelijk met de groef is vervaardigd in een draaibewerking met behulp van een draaibeitel.

9. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede zitting een hoogte heeft van tussen de 0,2-0,4 mm.

10. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede zitting schuin weglopende zijwanden heeft, in het bijzonder zijwanden die onder een hoek 10 van 25-35 graden staan ten opzichte van een hartlijn van de tweede zitting.

11. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede zitting aan zijn vrije einde is afgerond, in het bijzonder met een radius van maximaal 0,1 mm.

12. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de groef voorzien is in een axiaal gericht kops einde van het klepelement, en de groef een in axiale richting uitmondende opening omvat.

13. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het 20 klepelement een kern en een daarmee verbonden houder omvat, en waarbij de groef ten minste gedeeltelijk voorzien is in de houder en de groefwand ten minste gedeeltelijk deel uitmaakt van de houder.

14. Elektromagneetklep volgens conclusie 13, waarbij de groefwand in radiale richting 25 naar binnen toe wordt gevormd door een tussen de kern en de houder geplaatste bus.

15. Elektromagneetklep volgens conclusie 14, waarbij de vormsluiting van het afdichtelement in de groef wordt verkregen door een opgestuikt wanddeel van de bus.

16. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste en de tweede zitting in axiale richting ten minste gedeeltelijk naar elkaar toe gericht zijn.

17. Elektromagneetklep volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende drie inlaat- resp. uitlaatpoorten, een tweede groef met een daarin voorziene ringvormige 35 zittingrand en een daarin opgenomen ringvormig afdichtelement van een elastomeer materiaal, 5 - 9 - waarbij de groeven elk aan één van de axiaal gerichte kopse einden van het klepelement voorzien zijn.