WO2016184512A1 - Valve device - Google Patents

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WO2016184512A1
WO2016184512A1 PCT/EP2015/061106 EP2015061106W WO2016184512A1 WO 2016184512 A1 WO2016184512 A1 WO 2016184512A1 EP 2015061106 W EP2015061106 W EP 2015061106W WO 2016184512 A1 WO2016184512 A1 WO 2016184512A1
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WO
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valve body
channel
arrangement
coupling
superconductor
Prior art date
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PCT/EP2015/061106
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German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Berner
Jens FÖRSTER
Veronica NICOLINI
Laura SAWITZKI
Elvira STEGMEYER
Original Assignee
Festo Ag & Co. Kg
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Publication date
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    • F16K1/00Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/224Details of bearings for the axis of rotation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0436Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
    • F16C32/0438Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
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    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
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    • F16K31/08Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
    • F16K31/086Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet the magnet being movable and actuating a second magnet connected to the closing element
    • F16K31/088Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet the magnet being movable and actuating a second magnet connected to the closing element the movement of the first magnet being a rotating or pivoting movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/91Valves

Definitions

  • the invention relates to a valve device having a channel and a valve body which is designed to influence a free cross section of the channel by a relative movement of the valve body to the channel.
  • Valve devices are known from the prior art, in which a valve body located in the channel is mechanically connected to a drive means arranged outside the channel and can be moved by this relative to the channel.
  • a valve device comprising a channel for guiding a fluid, a valve body disposed in the channel, a first coupling arrangement associated with the channel, and a second coupling arrangement associated with the valve body.
  • One of the two coupling arrangements comprises a magnet arrangement and the other of the two coupling arrangements comprises a superconductor arrangement.
  • the magnet arrangement and the superconductor arrangement are contactlessly coupled to one another in a force-transmitting manner in order to provide a pivotable mounting of the valve body. pers opposite the channel.
  • the valve device further comprises a drive means for, in particular contactless, providing an actuating force on the valve body to pivot relative to the channel between a first position and a second position and thereby to influence a free cross section of the channel.
  • the valve body is pivotable between the first and the second position in any number of other positions.
  • the valve body is thus firstly supported by a contactless force-transmitting coupling pivotally mounted in the channel and secondly by a pivoting between two or more different positions.
  • a contactless force-transmitting coupling is achieved in the valve device according to the invention on the interaction between a magnet assembly and a superconductor and the resulting magnetic interactions. Because of this contactless force-transmitting coupling of the coupling assemblies and the resulting magnetic bearing of the valve body, it is not necessary in the valve device according to the invention to provide a mechanical bearing for the valve body, and thus it is not necessary to provide appropriate fasteners and seals on the inner wall of the channel. Therefore, the channel of the valve device according to the invention does not require a specially designed inner wall.
  • valve body can remain completely in the channel in both, preferably in all, positions.
  • a special chamber must be provided in the rule, in which the valve body can be moved in one of the two positions. Such a chamber is not necessarily required in the valve body according to the invention due to the claimed pivoting.
  • valve body can be used by the inventive combination of the two discussed aspects - namely, that the valve body is pivotally supported by a non-contact force transmitting coupling, and by pivoting different positions occupies - a channel whose channel inner wall must be configured in any special way.
  • the production of the channel of the valve device according to the invention can be facilitated.
  • the valve body can thereby be used very flexibly. For example, by incorporating the valve body into an existing channel system, it becomes possible to realize a valve device at a desired portion of the channel system without breaking up the existing channel system and / or without additional work on the channel system such as drilling or the like.
  • the valve apparatus since there are no special conditions for the passage of the valve apparatus according to the present invention, it is possible to simply form a passage portion of an existing passage system as the Use channel of the valve device.
  • the first coupling arrangement and the drive means can be mounted on the outside of the channel section, and the valve body can then simply be inserted into the channel system, so that it is driven by the fluid flow and / or gravity through the channel system up to the channel section the coupling assembly moves, where it is then held by the contactless force-transmitting coupling between the magnet assembly and superconductor assembly and pivotally mounted. Consequently, the valve device according to the invention is particularly flexible.
  • valve device according to the invention in contrast to conventional valve devices on no mechanical bearing, such as a sliding or rolling bearings, and thus achieves the advantages that on the one hand less or no wear occurs, and on the other, there is no mechanical bearing in the channel is present, no sealing of such a mechanical bearing is required to prevent leakage of the fluid flowing through the channel.
  • the claimed pivotal mounting of the valve body with respect to the channel can be achieved by a magnetic interaction between the two coupling arrangements, which excludes at least two translational degrees of freedom and two rotational degrees of freedom. Expediently, at least one translational degree of freedom and / or a rotational degree of freedom can also be excluded by supporting the valve body on the channel. It is crucial that a pivoting of the valve body relative to the channel is made possible by the storage of the valve body; that is, between the valve body and the channel allows a rotational degree of freedom is, so that the valve body can be pivoted between the various positions.
  • the claimed contactless force-transmitting coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement can be achieved, for example, by using the so-called flux pinning or flux-anchoring effect in a superconductor.
  • a certain magnetic field geometry / flux distribution in a superconductor is as a rule programmed or stored such that the superconductor then preferably occupies the position relative to a magnetic field in which the geometry of the magnetic field penetrating the superconductor most closely matches the magnetic field geometry stored in the superconductor.
  • superconductors of the second kind such as e.g. ceramic high-temperature superconductors. Examples of such superconductors are YBaCuO (yttrium-barium-copper oxides) and BiSrCaCuO (bismuth-strontium-calcium-copper oxides).
  • the storage of the magnetic field geometry in the superconductor arrangement can be effected by first arranging the magnet in the desired spatial position relative to the superconductor arrangement, the superconducting teranssen having a temperature above its critical temperature at this time. Subsequently, the superconductor arrangement is cooled down to its transition temperature or below, so that the magnetic field provided by the magnet arrangement is stored in the superconductor arrangement mutatis mutandis. While maintaining the transition temperature for the superconductor arrangement, a change in the spatial position of the magnet arrangement relative to the superconductor arrangement results in reaction forces, so that a desired spatial Relationship between the magnet assembly and the superconductor assembly can be maintained contactless.
  • the first coupling arrangement which is assigned to the channel, be attached to the outside of this.
  • the first coupling arrangement can, depending on the requirement, be mounted movably or firmly on the outside of the channel.
  • the first coupling arrangement is embedded in the wall of the channel, so that it is arranged as close as possible to the valve body, so as to achieve a very strong coupling between the two coupling arrangements.
  • the second coupling arrangement associated with the valve body may be attached thereto.
  • the second coupling arrangement and the valve body may also be formed as a one-piece element.
  • the entire valve body can act as the second coupling arrangement.
  • the influence of the free cross section of the channel can be made such that the free cross section at a
  • the free cross section may in particular be a sectional area of the channel, which is normal to the flow direction of the fluid.
  • the device according to the invention can also be designed as a filter and valve device.
  • the valve body may be formed as a filter body and / or corresponding filter elements, such as a sieve or a sieve-like structure include.
  • filter functionality may also be provided by having the valve body in one or more of the Positions is kept at a predetermined distance to the channel inner wall.
  • the first and second coupling arrangement form a pivot bearing with an axis of rotation for the valve body, so that the
  • Pivoting of the valve body takes place in a relative movement of the coupling arrangements to each other about the axis of rotation.
  • a substantially circularly symmetrical magnetic field geometry is stored or programmed in the superconductor arrangement, and a corresponding circularly symmetrical magnetic field is provided by the magnet arrangement. If the magnet arrangement and the superconductor arrangement are aligned with one another in such a way that the magnetic field provided and the stored or programmed magnetic field geometry are essentially coaxial with one another, then the superconductor arrangement essentially always experiences the same magnetic field even when rotated about the axis of symmetry of the stored magnetic field geometry or magnetic field relative to the stored magnetic field geometry. Accordingly, such a rotation is prevented by no significant forces caused by the coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement. Consequently, a rotary bearing can be provided whose axis of rotation substantially corresponds to the axis of symmetry of the stored magnetic field geometry or of the magnetic field provided.
  • the second coupling arrangement as the magnet arrangement at least a circularly symmetrical permanent magnet and / or at least a section of a circularly symmetric permanent magnet.
  • a substantially circularly symmetrical magnetic field can be provided in a simple manner, by means of which, for example, the above-discussed pivotal mounting between first and second coupling arrangement can be achieved.
  • one or more ring magnets and / or cut-outs of ring magnets can be used for this purpose.
  • the magnet assembly is associated with the valve body, and thus the superconductor assembly is associated with the channel. This is advantageous because the superconductor assembly can be cooled more easily outside the channel.
  • the first coupling arrangement comprises, as the magnet arrangement, an electromagnet arrangement and / or a permanent magnet arrangement.
  • the magnet assembly is now associated with the channel, and thus the superconductor assembly the valve body.
  • the fluid flowing through the channel has such a low temperature that thereby the cooling of the superconductor arrangement is ensured at or below the critical temperature required for the superconducting state.
  • the magnet arrangement is designed as an electromagnet arrangement, a control of the provided magnetic field can take place, as a result of which the bearing of the valve body can be actively adjusted.
  • the drive means is adapted to provide a magnetic field at least partially penetrating the valve body in response to a control signal.
  • This embodiment is particularly advantageous when a pivot bearing is provided between the two coupling arrangements as discussed above. Since in this case the valve body can rotate relative to the first coupling arrangement, it is necessary to provide a torque to the valve body in order to effect a desired pivoting of the valve body. Preferably, this provision takes place without contact, for example in that the drive means is adapted to provide a magnetic field which causes a magnetic interaction with at least one component of the valve body, so that that for the
  • Swiveling required torque can be provided to the valve body.
  • At least one component associated with the valve body has magnetic properties, so that the magnetic field provided by the drive means exerts the actuating force on the valve body.
  • valve body or the second coupling arrangement comprise the component with the magnetic properties.
  • first coupling arrangement and the second coupling arrangement are rotatably coupled to each other, and the drive means are arranged, in response to a control signal the pivot first coupling assembly relative to the channel, so as to cause the pivoting of the valve body.
  • the first and the second coupling arrangement act as a pivot bearing
  • the first and the second coupling arrangement are rotatably coupled together in this embodiment.
  • the superconductor arrangement is preferably designed such that there is a substantially rigid coupling between the superconductor arrangement and the magnet arrangement. This substantially rigid coupling is achieved by a suitable magnetization of the at least one magnet arrangement and a corresponding storage of the magnetic field geometry of the magnet arrangement in the superconductor.
  • the magnet arrangement provides a magnetic field which is uniform in none of the three spatial directions, so that when storing this magnetic field geometry in the superconductor, which can take place during cooling of the superconductor at or below its critical temperature, a clear spatial association between the magnet assembly and the superconductor assembly is achieved.
  • the drive means may comprise a rotary motor which is connected via a shaft to the first coupling arrangement so as to pivot the first coupling arrangement relative to the channel, which in turn leads to a pivoting of the second coupling arrangement and thus to a ner position change of the valve body relative to the channel leads.
  • This procedure has the advantage that no further magnetic field is required to effect the pivoting movement of the valve body.
  • the superconductor arrangement comprises at least one plate-shaped superconductor, which is arranged at least partially within a magnetic field provided by the magnet arrangement.
  • Plate-shaped superconductors are well suited to provide non-contact, fixed coupling to a magnet assembly by means of the flux-pinning effect discussed above.
  • the plate-shaped superconductor is preferably arranged in such a way that it penetrates the magnetic field of the magnet arrangement normal to the plane of the plate.
  • valve body rests in the first position and / or the second position on the channel, so that the valve body is stably supported in the first position and / or the second position.
  • valve body in the first and / or second position, in which the two coupling assemblies form a pivot bearing, and the drive means is adapted to apply a torque about the axis of rotation on the valve body, by a concern or supporting the valve body on the channel a stable mounting of the valve body in the corresponding position.
  • the valve body comprises at least one sealing lip, which rests in the first and / or second position on the channel, so that the channel is closed in one of the two positions.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a valve device, wherein a magnet assembly is associated with the valve body, a first and a second coupling arrangement form a pivot bearing and the valve body is in a first position relative to the channel,
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the first embodiment of a valve device shown in FIG. 1, the valve body being in a second position relative to the channel,
  • FIG. 3 shows a schematic side view of the first embodiment of a valve device shown in FIG. 1,
  • Figure 4 is a schematic side view of a second
  • Embodiment of a valve device wherein the magnet assembly is arranged on the outside of the channel and the first and second coupling arrangement form a pivot bearing
  • Figure 5 is a schematic plan view of a third embodiment of a valve device, wherein the first and second coupling arrangement are non-rotatably coupled to each other,
  • FIG. 6 shows a schematic side view of the third embodiment of a valve device shown in FIG. 5,
  • valve body 7 shows a schematic side view of a fourth embodiment of a valve device, wherein the valve body comprises sealing lips and the superconductor arrangement is embedded in the channel wall,
  • Figure 8 is a schematic plan view of the fourth embodiment of a valve device shown in Figure 7.
  • FIGS. 1 to 3 schematically show a first embodiment of a valve device 10 according to the invention, which comprises a section of an exemplary tubular channel 2 and a valve body 5 arranged in the channel 2.
  • FIGS. 1 and 2 show a plan view of the valve device 10, while FIG. 3 shows a side view of the valve device 10.
  • valve body 5 is shown by way of example in an elongated cuboid shape.
  • the valve body 5 but also have any other shape with which by means of a pivoting of the valve body 5 in the channel second an influence on a free cross section of the channel 2 is possible.
  • the valve body 5 may be formed in any shape different from a perfect sphere.
  • the valve body 5 can be moved from a first position to a second position by pivoting about the graphically illustrated, physically non-existent rotation axis.
  • the axis of rotation 8 in this example is perpendicular to a fluid stream 3, but it can also be oriented differently. Preferably, the orientation of the rotation axis 8 is different from the direction of the fluid flow 3.
  • FIG. 1 shows the valve body 5 in an exemplary first position, in which the longitudinal side of the valve body 5 is aligned in the direction of the fluid flow 3 so as to maximize the free cross section of the channel 2 normal to the fluid flow 3.
  • FIG. 2 shows the valve body 5 in his second position.
  • the longitudinal side of the valve body 5 is no longer aligned in the direction of the fluid flow 3, so that the free cross section of the channel 2 is now smaller than in the first position.
  • the valve body 5 may rest in the second position on the channel 2, so that it is stably stored.
  • the valve body 5 may be kept spaced from the channel 2 in the second position.
  • the longitudinal side of the valve body 5 is shorter than the longest dimension or the diameter of the channel cross-section, so that the valve body 5 can also assume a position in which the longitudinal side of the valve body 5 is perpendicular to the direction of the fluid flow 3.
  • the channel 2 is shown in elongated tubular form.
  • the cross section of the channel 2, not shown, can be designed according to the application.
  • the cross section of the channel 2 may be circular, oval, or rectangular.
  • the channel 2 may be formed in any other form, in which it is possible to influence by means of a pivoting of the valve body 5, a free cross section of the channel 2.
  • the channel 2 is adapted to guide a fluid 3.
  • an exemplary flow direction of the fluid 3 is indicated by the arrows arranged at the reference numeral 3.
  • the valve body 5 can comprise the second coupling arrangement 6 and can have a number of magnet arrangements 12.
  • two magnet arrangements 12 are provided; expediently, however, only one magnet arrangement 12 or more than two magnet arrangements can be provided.
  • the magnet assemblies 12 may be disposed on end faces of the valve body 5 so as to minimize the distance between the magnet assemblies 12 and the superconductor assemblies 13 formed as a first coupling arrangement, as shown in FIG.
  • the magnet arrangements 12 can consist of concentrically arranged cutouts of circularly symmetrical permanent magnets, as shown in FIG. For example, corresponding cutouts of ring magnets can be used here.
  • a plurality of magnet arrangements 12 are provided, then these can preferably be arranged coaxially with respect to one another, so that the axes of symmetry of the respective magnet arrangements 12 are substantially horizontal. Chen lie on a straight line, so that the totality of magnet assemblies 12 has a substantially circularly symmetric characteristic and thus well suited to form together with one or more superconductor 13 a pivot bearing.
  • the axes of symmetry of the two magnet arrangements 12 lie on a straight line, whereby, in cooperation with the correspondingly arranged superconductor arrangements 13, a rotary bearing with the axis of rotation 8 is formed.
  • both end faces of the valve body 5 contact the inner wall of the channel 2.
  • the valve body 5 may also be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that one or both end faces of the valve body 5 are spaced from the channel inner wall are.
  • the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that it does not touch the inner wall of the channel 2 in one, two or all positions.
  • one or more sealing lips can be attached to the valve body 5 or at its end faces.
  • the magnet assemblies 12 in the present embodiment are incorporated in FIGS
  • valve body 5 End faces of the valve body 5 inserted.
  • the magnet arrangements 12 can also be placed on the end faces of the valve body 5. Further, it is possible that the entire valve body 5 is formed as a magnet assembly 12.
  • the coupling arrangement 4 comprises two superconductor arrangements 13 which are each formed as a plate-shaped superconductor and are arranged on the outside of the channel 2.
  • the superconductor arrangements 13 can furthermore be arranged outside the channel 2 fixedly or detached from the channel 2.
  • the superconductor assemblies 13 may be arranged to allow movement of the superconductor assemblies 13 relative to the channel 2.
  • the superconductor assemblies 13 may also be embedded in the wall of the channel 2 so as to minimize the distance between the superconductor assembly 13 and the magnet assembly 12.
  • the superconductors can be cooled by a cooling device, not shown here, such as a cryostat or a liquid nitrogen-containing heat sink, at or below their critical temperature.
  • a magnetic field geometry is respectively stored in the superconductors, which corresponds essentially to the geometry of the magnetic field penetrating the superconductor.
  • the axis of symmetry of the magnetic field geometry stored in the superconductors is substantially coaxial with the magnetic fields provided by the magnet arrangements 12. This allows the formation of a pivot bearing, in which the axis of rotation 8 substantially coincides with the Symmetrieach sen of the magnetic fields of the magnet assemblies 12 and the stored magnetic field geometries. Accordingly, there is substantially no change in the magnetic interaction between the magnet assemblies 12 and the superconductor assemblies 13 upon rotation of the valve body 5 about the axis of rotation 8.
  • the valve device 10 further comprises a first drive means 7, which for tokenlo sen providing an actuating force on the Ventilkör- 5 is arranged to pivot relative to the channel 2 between a first position and a second position.
  • the drive means 7 is arranged such that the actuating force is oriented substantially perpendicular and skewed with respect to the axis of rotation 8 and perpendicular to the longitudinal direction of the channel 2.
  • any other orientation of the actuating force is possible, which acts on the valve body 5 with a torque about the axis of rotation 8 and so can cause a corresponding pivoting of the valve body 5 about the axis of rotation 8.
  • the drive means 7 is configured to provide a magnetic field.
  • the main direction of this magnetic field is aligned parallel to the largest surface of the plate-shaped superconductors so as to minimize the interaction between this magnetic field and the superconductors.
  • the magnetic field penetrates at least one component 9 of the valve body 5, which has magnetic properties, so that the component 9 is acted on by the provided magnetic field of the drive means 7 with the actuating force.
  • the component 9 may include the magnet assembly 12.
  • an attractive or repulsive force between the component 9 and the drive means 7 can be effected as the actuating force. In the present embodiment, it is sufficient if the operating force can be effected only in one direction to the valve body 5 from the first position to the second position
  • the return to the first position can then be done by weakening or switching off the magnetic field of the drive means, since the valve body 5 due to its ner oblong geometry can also be offset from the fluid flow 3 back to the first position. But it is of course also possible to effect the provision of the second position in the first position in that the drive means 7 provides a corresponding actuation force.
  • the drive means 7 can be controlled by a control unit, not shown in the figures, and can provide the actuation force or the magnetic field effecting the actuation force as a function of a control signal output by the control unit.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a second embodiment of a valve device 20 according to the invention.
  • the superconductor arrangements 13 are assigned to the valve body 5, and the magnet arrangements 11 are assigned to the channel 2.
  • the channel 2 carries a fluid 3 which is cold enough to cool the superconductor assemblies 13 to or below their critical temperature.
  • the channel 2 can lead as liquid 3 liquid nitrogen.
  • the magnet arrangements 11 can be designed as electromagnet arrangements or permanent magnet arrangements.
  • the number of magnet assemblies 11 and superconductor assemblies 13 may each be less than or greater than two.
  • the magnet assemblies 11 may be disposed outside the channel, outside the channel, or in the wall of the channel.
  • the superconductor arrangements 13 can, as shown in FIG. surfaces of the valve body 5 mounted or be embedded in this. The orientation of the magnetic fields of the magnet assemblies 11 to the stored magnetic field geometries in the superconductor assemblies 13 corresponds to the already discussed in connection with the first figure alignment and should not be repeated at this point.
  • valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that one or both end faces of the valve body
  • valve body 5 are spaced from the channel inner wall.
  • the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that it does not touch the inner wall of the channel 2 in one, two or all positions.
  • one or more sealing lips can be attached to the valve body 5 or at its end faces.
  • Figures 5 and 6 show a third embodiment.
  • the coupling arrangements here form no pivot bearing, but are rotatably coupled together.
  • this aspect is indicated by the fact that the first and second coupling arrangements are particularly elongated, so that the magnetic field provided by the magnet arrangement and the magnetic field geometry stored in the superconductor arrangement are not circularly symmetrical, whereby the second coupling arrangement 6 during pivoting of the first coupling assembly 4 corresponding forces undergoes the second coupling arrangement
  • the drive means 7 may here comprise a rotary motor which applies a corresponding torque to the first coupling arrangement 4 via a drive shaft.
  • the first coupling arrangement 4 are held stationary, and the channel 2 are pivoted by means of a corresponding drive means, so as to achieve a pivoting of the channel 2 relative to the valve body 5.
  • the superconductor arrangements and magnet arrangements can also be associated with the channel 2 or the valve body 5 and arranged or fastened in a manner already discussed in connection with the previous embodiments.
  • valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2, that one or both end faces of the valve body 5 are spaced from the channel inner wall.
  • the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that it does not touch the inner wall of the channel 2 in one, two or all positions.
  • one or more sealing lips can be attached to the valve body 5 or at its end faces.
  • FIGS 7 and 8 show a fourth embodiment of a valve device 40.
  • the fourth embodiment substantially corresponds to the first embodiment and a repeated explanation of the functionally identical components is avoided at this point.
  • the valve device 40 additionally has sealing lips 14 and cooling devices 15 in this embodiment.
  • these additional features can also be used in any of the already discussed first to third embodiments of the valve device according to the invention.

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Abstract

The invention relates to a valve device (10), comprising: a duct (2) for guiding a fluid (3); a valve body (5) which is arranged in the duct; a first coupling arrangement (4) which is assigned to the duct, and a second coupling arrangement (6) which is assigned to the valve body, wherein one of the two coupling arrangements comprises a magnet arrangement (12), and the other of the two coupling arrangements comprises a superconductor arrangement (13), and the magnet arrangement and the superconductor arrangement are coupled to one another in a manner which transmits force contactlessly, in order to ensure pivotably movable mounting of the valve body with respect to the duct; a drive means for providing (in particular, contactlessly) an actuating force to the valve body, in order to pivot the latter relative to the duct between a first position and a second position and, as a result, to influence a free cross section of the duct.

Description

FESTO AG & Co. KG, Ruiter Strasse 82, D-73734 Esslingen  FESTO AG & Co. KG, Ruiter Strasse 82, D-73734 Esslingen
VentilVorrichtung valve device
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung mit einem Kanal und einem Ventilkörper, die ausgebildet ist, durch eine Relativbewegung des Ventilkörpers zum Kanal einen freien Querschnitt des Kanals zu beeinflussen. The invention relates to a valve device having a channel and a valve body which is designed to influence a free cross section of the channel by a relative movement of the valve body to the channel.
Aus dem Stand der Technik sind Ventilvorrichtungen bekannt, bei denen ein im Kanal befindlicher Ventilkörper mechanisch mit einem außerhalb des Kanals angeordneten Antriebsmittel verbunden ist und von diesem relativ zum Kanal bewegt werden kann . Valve devices are known from the prior art, in which a valve body located in the channel is mechanically connected to a drive means arranged outside the channel and can be moved by this relative to the channel.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ventilvorrichtung bereitzustellen, die flexibel eingesetzt werden kann. It is an object of the present invention to provide an improved valve device which can be used flexibly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilvorrichtung gelöst, die einen Kanal zum Führen eines Fluids, einen Ventilkörper, der in dem Kanal angeordnet ist, eine erste Koppelanordnung, die dem Kanal zugeordnet ist, und eine zweite Koppelanordnung, die dem Ventilkörper zugeordnet ist, umfasst. Eine der beiden Koppelanordnungen umfasst eine Magnetanordnung und die andere der beiden Koppelanordnungen umfasst eine Supraleiteranordnung. Die Magnetanordnung und die Supraleiteranordnung sind kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt, um eine schwenkbewegliche Lagerung des Ventilkör- pers gegenüber dem Kanal zu gewährleisten. Die Ventilvorrichtung umfasst zudem ein Antriebsmittel zur, insbesondere kontaktlosen, Bereitstellung einer Betätigungskraft auf den Ventilkörper, um diesen relativ zum Kanal zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu verschwenken und dadurch einen freien Querschnitt des Kanals zu beeinflussen. Vorzugsweise ist der Ventilkörper dabei zwischen der ersten und der zweiten Stellung in beliebig viele weitere Stellungen verschwenkbar . This object is achieved according to the invention by a valve device comprising a channel for guiding a fluid, a valve body disposed in the channel, a first coupling arrangement associated with the channel, and a second coupling arrangement associated with the valve body. One of the two coupling arrangements comprises a magnet arrangement and the other of the two coupling arrangements comprises a superconductor arrangement. The magnet arrangement and the superconductor arrangement are contactlessly coupled to one another in a force-transmitting manner in order to provide a pivotable mounting of the valve body. pers opposite the channel. The valve device further comprises a drive means for, in particular contactless, providing an actuating force on the valve body to pivot relative to the channel between a first position and a second position and thereby to influence a free cross section of the channel. Preferably, the valve body is pivotable between the first and the second position in any number of other positions.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ventilkörper also erstens durch eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung schwenkbeweglich im Kanal gelagert und zweitens durch eine Verschwenkung zwischen zwei oder mehreren verschiedenen Stellungen bewegt. Durch die erfindungsgemäße Kombination dieser beiden Aspekte wird, wie nachfolgend näher erläutert, insbesondere der Vorteil erzielt, dass die Ventilvorrichtung flexibel eingesetzt werden kann. According to the present invention, the valve body is thus firstly supported by a contactless force-transmitting coupling pivotally mounted in the channel and secondly by a pivoting between two or more different positions. As a result of the combination according to the invention of these two aspects, as explained in greater detail below, the advantage in particular that the valve device can be used flexibly is achieved.
Zunächst wird bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung über das Zusammenspiel zwischen einer Magnetanordnung und einer Supraleiteranordnung und die dadurch bewirkten magnetischen Wechselwirkungen eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung erzielt. Aufgrund dieser kontaktlos kraftübertragenden Kopplung der Koppelanordnungen und der resultierenden magnetischen Lagerung des Ventilkörpers ist es bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung nicht erforderlich, ein mechanisches Lager für den Ventilkörper vorzusehen, und somit ist es auch nicht erforderlich, entsprechende Befestigungselemente und Abdichtungen an der Innenwandung des Kanals bereitzustellen. Daher erfordert der Kanal der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung keine speziell ausgestaltete Innenwandung. Ferner ist es aufgrund der von außen kontaktlos einzuleitenden Verschwenkung des Ventilkörpers möglich, den freien Querschnitt des Kanals zu beeinflussen, ohne dass der Ventilkörper in einer der Stellungen wie bei einem Schieberventil aus dem Kanal herausgeschoben werden müsste. Somit kann der Ventilkörper in beiden, vorzugsweise in allen, Stellungen vollständig im Kanal verbleiben. Im Gegensatz hierzu muss, wenn zur Beeinflussung des freien Querschnitts eine reine Verschiebung des Ventilkörpers eingesetzt wird, in der Regel eine spezielle Kammer vorgesehen sein, in welche der Ventilkörper in einer der beiden Stellungen verschoben werden kann. Eine solche Kammer ist bei dem erfindungsgemäßen Ventilkörper aufgrund der beanspruchten Verschwenkung nicht unbedingt erforderlich . First, a contactless force-transmitting coupling is achieved in the valve device according to the invention on the interaction between a magnet assembly and a superconductor and the resulting magnetic interactions. Because of this contactless force-transmitting coupling of the coupling assemblies and the resulting magnetic bearing of the valve body, it is not necessary in the valve device according to the invention to provide a mechanical bearing for the valve body, and thus it is not necessary to provide appropriate fasteners and seals on the inner wall of the channel. Therefore, the channel of the valve device according to the invention does not require a specially designed inner wall. Furthermore, it is possible to influence the free cross section of the channel due to the non-contact introduced from the outside pivoting of the valve body, without the valve body would have to be pushed out of the channel in one of the positions as in a slide valve. Thus, the valve body can remain completely in the channel in both, preferably in all, positions. In contrast, if a pure displacement of the valve body is used to influence the free cross section, a special chamber must be provided in the rule, in which the valve body can be moved in one of the two positions. Such a chamber is not necessarily required in the valve body according to the invention due to the claimed pivoting.
Im Ergebnis kann deshalb durch die erfindungsgemäße Kombination der beiden diskutierten Aspekte - nämlich dass der Ventilkörper durch eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung schwenkbeweglich gelagert ist, und durch eine Schwenkbewegung verschiedene Stellungen einnimmt - ein Kanal verwendet werden, dessen Kanalinnenwandung in keiner speziellen Weise ausgestaltet sein muss. Hierdurch kann die Herstellung des Kanals der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung erleichtert werden. Ferner kann der Ventilkörper hierdurch sehr flexibel eingesetzt werden. Zum Beispiel wird es möglich, durch Einbringung des Ventilkörpers in ein bestehendes Kanalsystem eine Ventilvorrichtung an einem gewünschten Abschnitt des Kanalsystems zu realisieren, ohne dafür das bestehende Kanalsystem aufzutrennen und/oder ohne zusätzliche Arbeiten am Kanalsystem wie Bohren oder Ähnliches vorzunehmen. Da für den Kanal der erfindungsgemäßen Ventilverrichtung nämlich keine besonderen Voraussetzungen bestehen, ist es möglich, einfach einen Kanalabschnitt eines bestehenden Kanalsystems als den Kanal der Ventilvorrichtung zu verwenden. Hierfür können außen an dem Kanalabschnitt die erste Koppelanordnung und das Antriebsmittel angebracht werden, und der Ventilkörper kann dann einfach in das Kanalsystem eingelegt werden, so dass er sich, durch den Fluidstrom und/oder die Schwerkraft angetrieben, durch das Kanalsystem bis zu dem Kanalabschnitt mit der Koppelanordnung bewegt, wo er dann durch die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen Magnetanordnung und Supraleiteranordnung gehalten und schwenkbeweglich gelagert wird. Folglich ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung besonders flexibel einsetzbar. As a result, therefore, can be used by the inventive combination of the two discussed aspects - namely, that the valve body is pivotally supported by a non-contact force transmitting coupling, and by pivoting different positions occupies - a channel whose channel inner wall must be configured in any special way. As a result, the production of the channel of the valve device according to the invention can be facilitated. Furthermore, the valve body can thereby be used very flexibly. For example, by incorporating the valve body into an existing channel system, it becomes possible to realize a valve device at a desired portion of the channel system without breaking up the existing channel system and / or without additional work on the channel system such as drilling or the like. Namely, since there are no special conditions for the passage of the valve apparatus according to the present invention, it is possible to simply form a passage portion of an existing passage system as the Use channel of the valve device. For this purpose, the first coupling arrangement and the drive means can be mounted on the outside of the channel section, and the valve body can then simply be inserted into the channel system, so that it is driven by the fluid flow and / or gravity through the channel system up to the channel section the coupling assembly moves, where it is then held by the contactless force-transmitting coupling between the magnet assembly and superconductor assembly and pivotally mounted. Consequently, the valve device according to the invention is particularly flexible.
Zudem weist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung im Gegensatz zu konventionellen Ventilvorrichtungen kein mechanisches Lager, wie beispielsweise ein Gleit- oder Wälzlager, auf, und erzielt so die Vorteile, dass zum einen weniger oder kein Verschleiß auftritt, und dass zum anderen, da kein mechanisches Lager im Kanal vorhanden ist, auch keine Abdichtung eines solchen mechanischen Lagers erforderlich ist, um ein Austreten des den Kanal durchströmenden Fluids zu verhindern. In addition, the valve device according to the invention, in contrast to conventional valve devices on no mechanical bearing, such as a sliding or rolling bearings, and thus achieves the advantages that on the one hand less or no wear occurs, and on the other, there is no mechanical bearing in the channel is present, no sealing of such a mechanical bearing is required to prevent leakage of the fluid flowing through the channel.
Die beanspruchte schwenkbewegliche Lagerung des Ventilkörpers gegenüber dem Kanal kann durch eine magnetische Wechselwirkung zwischen den beiden Koppelanordnungen erzielt werden, die mindestens zwei Translationsfreiheitsgrade und zwei Rota- tionsfreiheitsgrade ausschließt. Zweckmäßigerweise kann auch mindestens ein Translationsfreiheitsgrad und/oder ein Rotati- onsfreiheitsgrad durch Abstützung des Ventilkörpers an dem Kanal ausgeschlossen werden. Entscheidend ist, dass durch die Lagerung des Ventilkörpers eine Verschwenkung des Ventilkörpers relativ zum Kanal ermöglicht wird; d.h., dass zwischen Ventilkörper und Kanal ein Rotationsfreiheitsgrad erlaubt ist, so dass der Ventilkörper zwischen den verschiedenen Stellungen verschwenkt werden kann. The claimed pivotal mounting of the valve body with respect to the channel can be achieved by a magnetic interaction between the two coupling arrangements, which excludes at least two translational degrees of freedom and two rotational degrees of freedom. Expediently, at least one translational degree of freedom and / or a rotational degree of freedom can also be excluded by supporting the valve body on the channel. It is crucial that a pivoting of the valve body relative to the channel is made possible by the storage of the valve body; that is, between the valve body and the channel allows a rotational degree of freedom is, so that the valve body can be pivoted between the various positions.
Die beanspruchte kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen Magnetanordnung und Supraleiteranordnung kann zum Beispiel durch Nutzung des sogenannten Flux-Pinning- bzw. des Flussverankerung-Effekts in einem Supraleiter erzielt werden Bei diesem Effekt wird eine bestimmte Magnetfeldgeomet- rie/Flußverteilung in einem Supraleiter gewissermaßen einpro grammiert oder gespeichert, so dass der Supraleiter dann relativ zu einem Magnetfeld bevorzugt diejenige Stellung einnimmt, bei welcher die Geometrie des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds mit der im Supraleiter gespeicherten Magnetfeldgeometrie am ehesten übereinstimmt. Zur Nutzung dieses Effekts eignen sich insbesondere Supraleiter zweiter Art, wie z.B. keramische Hochtemperatursupraleiter. Als Beispiele für derartige Supraleiter seien hier YBaCuO (Yttrium- Barium-Kupferoxide) und BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium- Kupferoxide) genannt. The claimed contactless force-transmitting coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement can be achieved, for example, by using the so-called flux pinning or flux-anchoring effect in a superconductor. In this effect, a certain magnetic field geometry / flux distribution in a superconductor is as a rule programmed or stored such that the superconductor then preferably occupies the position relative to a magnetic field in which the geometry of the magnetic field penetrating the superconductor most closely matches the magnetic field geometry stored in the superconductor. In particular, superconductors of the second kind, such as e.g. ceramic high-temperature superconductors. Examples of such superconductors are YBaCuO (yttrium-barium-copper oxides) and BiSrCaCuO (bismuth-strontium-calcium-copper oxides).
Die Einspeicherung der Magnetfeldgeometrie in der Supraleiteranordnung kann dadurch erfolgen, dass zunächst die Magnet anordnung in der gewünschten räumlichen Position gegenüber der Supraleiteranordnung angeordnet wird, wobei die Supralei teranordnung zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur oberhalb ih rer Sprungtemperatur aufweist. Anschließend erfolgt eine Abkühlung der Supraleiteranordnung auf ihre Sprungtemperatur oder darunter, so dass das von der Magnetanordnung bereitgestellte Magnetfeld sinngemäß in die Supraleiteranordnung ein gespeichert wird. Bei Beibehaltung der Sprungtemperatur für die Supraleiteranordnung führt eine Veränderung der räumlichen Lage der Magnetanordnung gegenüber der Supraleiteranord nung zu Reaktionskräften, so dass eine gewünschte räumliche Beziehung zwischen der Magnetanordnung und der Supraleiteranordnung kontaktlos aufrechterhalten werden kann. The storage of the magnetic field geometry in the superconductor arrangement can be effected by first arranging the magnet in the desired spatial position relative to the superconductor arrangement, the superconducting teranordnung having a temperature above its critical temperature at this time. Subsequently, the superconductor arrangement is cooled down to its transition temperature or below, so that the magnetic field provided by the magnet arrangement is stored in the superconductor arrangement mutatis mutandis. While maintaining the transition temperature for the superconductor arrangement, a change in the spatial position of the magnet arrangement relative to the superconductor arrangement results in reaction forces, so that a desired spatial Relationship between the magnet assembly and the superconductor assembly can be maintained contactless.
Zweckmäßigerweise kann die erste Koppelanordnung, die dem Kanal zugeordnet ist, außen an diesem angebracht sein. Die erste Koppelanordnung kann, je nach Anforderung, beweglich oder fest außen an dem Kanal angebracht sein. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass die erste Koppelanordnung in der Wand des Kanals eingelassen ist, so dass sie möglichst nah an dem Ventilkörper angeordnet ist, um so eine sehr starke Kopplung zwischen den beiden Koppelanordnungen zu erzielen. Conveniently, the first coupling arrangement, which is assigned to the channel, be attached to the outside of this. The first coupling arrangement can, depending on the requirement, be mounted movably or firmly on the outside of the channel. Alternatively, it is of course also possible that the first coupling arrangement is embedded in the wall of the channel, so that it is arranged as close as possible to the valve body, so as to achieve a very strong coupling between the two coupling arrangements.
Die zweite Koppelanordnung, die dem Ventilkörper zugeordnet ist, kann an diesem befestigt sein. Alternativ dazu können die zweite Koppelanordnung und der Ventilkörper auch als einstückiges Element ausgebildet sein. Ferner kann natürlich auch der gesamte Ventilkörper als die zweite Koppelanordnung fungieren . The second coupling arrangement associated with the valve body may be attached thereto. Alternatively, the second coupling arrangement and the valve body may also be formed as a one-piece element. Furthermore, of course, the entire valve body can act as the second coupling arrangement.
Die Beeinflussung des freien Querschnitts des Kanals kann derart erfolgen, dass der freie Querschnitt bei einer The influence of the free cross section of the channel can be made such that the free cross section at a
Verschwenkung des Ventilkörpers von einer in eine andere Stellung vergrößert oder verkleinert wird. Der freie Querschnitt kann dabei insbesondere eine Schnittfläche des Kanals sein, die normal zur Fließrichtung des Fluids liegt. Swiveling the valve body is increased or decreased from one to another position. The free cross section may in particular be a sectional area of the channel, which is normal to the flow direction of the fluid.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Filter- und Ventilvorrichtung ausgeführt sein. Dabei kann der Ventilkörper als Filterkörper ausgebildet sein und/oder entsprechende Filterelemente, wie z.B. ein Sieb oder eine siebartige Struktur, umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Filterfunktionalität auch dadurch bereitgestellt werden, dass der Ventilkörper in einer oder mehreren der Stellungen in einem vorbestimmten Abstand zur Kanalinnenwand gehalten wird. Preferably, the device according to the invention can also be designed as a filter and valve device. In this case, the valve body may be formed as a filter body and / or corresponding filter elements, such as a sieve or a sieve-like structure include. Additionally or alternatively, filter functionality may also be provided by having the valve body in one or more of the Positions is kept at a predetermined distance to the channel inner wall.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und zweite Koppelanordnung ein Drehlager mit einer Drehachse für den Ventilkörper bilden, so dass die In one embodiment of the invention, it is provided that the first and second coupling arrangement form a pivot bearing with an axis of rotation for the valve body, so that the
Verschwenkung des Ventilkörpers bei einer Relativbewegung der Koppelanordnungen zueinander um die Drehachse erfolgt . Pivoting of the valve body takes place in a relative movement of the coupling arrangements to each other about the axis of rotation.
Zweckmäßigerweise ist hierfür in der Supraleiteranordnung eine im Wesentlichen kreissymmetrische Magnetfeldgeometrie eingespeichert bzw. einprogrammiert, und von der Magnetanordnung wird ein entsprechendes kreissymmetrisches Magnetfeld bereitgestellt. Sind nun Magnetanordnung und Supraleiteranordnung derart zueinander ausgerichtet, dass das bereitgestellte Magnetfeld und die eingespeicherte bzw. einprogrammierte Magnetfeldgeometrie im Wesentlichen koaxial zueinander liegen, so erfährt die Supraleiteranordnung auch bei einer Drehung um die Symmetrieachse der eingespeicherten Magnetfeldgeometrie bzw. des bereitgestellten Magnetfelds im Wesentlichen stets dasselbe Magnetfeld relativ zur eingespeicherten Magnetfeldgeometrie. Dementsprechend stehen einer solchen Drehung keine wesentlichen durch die Kopplung zwischen Magnetanordnung und Supraleiteranordnung bedingten Kräfte entgegen. Folglich kann eine Drehlagerung bereitgestellt werden, deren Drehachse im Wesentlichen der Symmetrieachse der eingespeicherten Magnetfeldgeometrie bzw. des bereitgestellten Magnetfelds entspricht . Expediently, for this purpose, a substantially circularly symmetrical magnetic field geometry is stored or programmed in the superconductor arrangement, and a corresponding circularly symmetrical magnetic field is provided by the magnet arrangement. If the magnet arrangement and the superconductor arrangement are aligned with one another in such a way that the magnetic field provided and the stored or programmed magnetic field geometry are essentially coaxial with one another, then the superconductor arrangement essentially always experiences the same magnetic field even when rotated about the axis of symmetry of the stored magnetic field geometry or magnetic field relative to the stored magnetic field geometry. Accordingly, such a rotation is prevented by no significant forces caused by the coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement. Consequently, a rotary bearing can be provided whose axis of rotation substantially corresponds to the axis of symmetry of the stored magnetic field geometry or of the magnetic field provided.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Koppelanordnung als die Magnetanordnung mindestens einen kreissymmetrischen Permanentmagneten und/oder mindestens einen Ausschnitt eines kreissymmetrischen Permanentmagneten umfasst. In a further embodiment of the invention it is provided that the second coupling arrangement as the magnet arrangement at least a circularly symmetrical permanent magnet and / or at least a section of a circularly symmetric permanent magnet.
Durch derartige Magnetanordnungen kann in einfacher Weise ein im Wesentlichen kreissymmetrisches Magnetfeld bereitgestellt werden, mittels welchem zum Beispiel die oben besprochene Drehlagerung zwischen erster und zweiter Koppelanordnung erzielt werden kann. Beispielsweise können hierfür ein oder mehrere Ringmagnete und/oder Ausschnitte von Ringmagneten eingesetzt werden. Ferner ist in dieser Ausgestaltung die Magnetanordnung dem Ventilkörper zugeordnet und folglich die Supraleiteranordnung dem Kanal zugeordnet. Dies ist von Vorteil, da die Supraleiteranordnung außerhalb des Kanals leichter gekühlt werden kann. By means of such magnet arrangements, a substantially circularly symmetrical magnetic field can be provided in a simple manner, by means of which, for example, the above-discussed pivotal mounting between first and second coupling arrangement can be achieved. For example, one or more ring magnets and / or cut-outs of ring magnets can be used for this purpose. Further, in this embodiment, the magnet assembly is associated with the valve body, and thus the superconductor assembly is associated with the channel. This is advantageous because the superconductor assembly can be cooled more easily outside the channel.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Koppelanordnung als die Magnetanordnung eine Elektromagnetanordnung und/oder eine Permanentmagnetanordnung umfasst . In a further embodiment of the invention, it is provided that the first coupling arrangement comprises, as the magnet arrangement, an electromagnet arrangement and / or a permanent magnet arrangement.
In dieser Ausgestaltung ist nun die Magnetanordnung dem Kanal zugeordnet, und folglich die Supraleiteranordnung dem Ventilkörper. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das durch den Kanal fließende Fluid eine derart niedrige Temperatur aufweist, dass dadurch die Kühlung der Supraleiteranordnung auf bzw. unter die für den supraleitenden Zustand benötigte Sprungtemperatur gewährleistet ist. Ferner kann, wenn die Magnetanordnung als Elektromagnetanordnung ausgebildet ist, eine Steuerung des bereitgestellten Magnetfelds erfolgen, wodurch die Lagerung des Ventilkörpers aktiv angepasst werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel eingerichtet ist, ein den Ventilkörper mindestens teilweise durchdringendes Magnetfeld in Abhängigkeit eines Steuersignals bereitzustellen. In this embodiment, the magnet assembly is now associated with the channel, and thus the superconductor assembly the valve body. This is particularly advantageous when the fluid flowing through the channel has such a low temperature that thereby the cooling of the superconductor arrangement is ensured at or below the critical temperature required for the superconducting state. Furthermore, when the magnet arrangement is designed as an electromagnet arrangement, a control of the provided magnetic field can take place, as a result of which the bearing of the valve body can be actively adjusted. In a further embodiment of the invention it is provided that the drive means is adapted to provide a magnetic field at least partially penetrating the valve body in response to a control signal.
Diese Ausgestaltung ist besonders dann von Vorteil, wenn zwischen den beiden Koppelanordnungen wie oben besprochen eine Drehlagerung bereitgestellt wird. Da sich in diesem Fall der Ventilkörper relativ zur ersten Koppelanordnung drehen kann, ist eine Bereitstellung eines Drehmoments auf den Ventilkörper notwendig, um eine gewünschte Verschwenkung des Ventil - körpers zu bewirken. Vorzugsweise findet diese Bereitstellung kontaktlos statt, beispielsweise indem das Antriebsmittel dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld bereitzustellen, welches eine magnetische Wechselwirkung mit wenigstens einer Komponente des Ventilkörpers bewirkt, so dass das für die This embodiment is particularly advantageous when a pivot bearing is provided between the two coupling arrangements as discussed above. Since in this case the valve body can rotate relative to the first coupling arrangement, it is necessary to provide a torque to the valve body in order to effect a desired pivoting of the valve body. Preferably, this provision takes place without contact, for example in that the drive means is adapted to provide a magnetic field which causes a magnetic interaction with at least one component of the valve body, so that that for the
Verschwenkung benötigte Drehmoment auf den Ventilkörper bereitgestellt werden kann. Swiveling required torque can be provided to the valve body.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine dem Ventilkörper zugeordnete Komponente magnetische Eigenschaften aufweist, so dass das von dem Antriebsmittel bereitgestellte Magnetfeld die Betätigungskraft auf den Ventilkörper ausübt. In a further embodiment of the invention it is provided that at least one component associated with the valve body has magnetic properties, so that the magnetic field provided by the drive means exerts the actuating force on the valve body.
Beispielsweise kann hier der Ventilkörper oder die zweite Koppelanordnung die Komponente mit den magnetischen Eigenschaften umfassen. For example, here the valve body or the second coupling arrangement comprise the component with the magnetic properties.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Koppelanordnung und die zweite Koppelanordnung drehfest miteinander gekoppelt sind, und die Antriebsmittel eingerichtet sind, in Abhängigkeit eines Steuersignals die erste Koppelanordnung relativ zum Kanal zu verschwenken, um so die Verschwenkung des Ventilkörpers zu bewirken. In a further embodiment of the invention it is provided that the first coupling arrangement and the second coupling arrangement are rotatably coupled to each other, and the drive means are arranged, in response to a control signal the pivot first coupling assembly relative to the channel, so as to cause the pivoting of the valve body.
Im Gegensatz zu den oben diskutierten Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen die erste und die zweite Koppelanordnung als Drehlager fungieren, sind in dieser Ausgestaltung die erste und die zweite Koppelanordnung drehfest miteinander gekoppelt. Beispielsweise können dabei durch die Kopplung alle Bewegungsfreiheitsgrade zwischen den Koppelanordnungen ausgeschlossen werden. Hierfür ist die Supraleiteranordnung vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine im Wesentlichen starre Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnet - anordnung vorliegt. Diese im Wesentlichen starre Kopplung wird durch eine geeignete Magnetisierung der wenigstens einen Magnetanordnung und eine entsprechende Speicherung der Magnetfeldgeometrie der Magnetanordnung im Supraleiter erreicht. Vorzugsweise stellt die Magnetanordnung ein Magnetfeld bereit, das in keiner der drei Raumrichtungen gleichförmig ausgebildet ist, so dass bei der Speicherung dieser Magnetfeldgeometrie in dem Supraleiter, die bei der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur erfolgen kann, eine eindeutige räumliche Zuordnung zwischen der Magnetanordnung und der Supraleiteranordnung erreicht wird. In contrast to the above-discussed embodiments of the invention, in which the first and the second coupling arrangement act as a pivot bearing, the first and the second coupling arrangement are rotatably coupled together in this embodiment. For example, can be excluded by the coupling all degrees of freedom between the coupling arrangements. For this purpose, the superconductor arrangement is preferably designed such that there is a substantially rigid coupling between the superconductor arrangement and the magnet arrangement. This substantially rigid coupling is achieved by a suitable magnetization of the at least one magnet arrangement and a corresponding storage of the magnetic field geometry of the magnet arrangement in the superconductor. Preferably, the magnet arrangement provides a magnetic field which is uniform in none of the three spatial directions, so that when storing this magnetic field geometry in the superconductor, which can take place during cooling of the superconductor at or below its critical temperature, a clear spatial association between the magnet assembly and the superconductor assembly is achieved.
Hierdurch ist es möglich, die Stellung des Ventilkörpers direkt über eine Lageveränderung der ersten Koppelanordnung einzustellen. Insbesondere ist es dabei möglich, den Ventilkörper direkt über eine Verschwenkung der ersten Koppelanordnung zu verschwenken. Dafür kann z.B. das Antriebsmittel einen Drehmotor umfassen, der über eine Welle mit der ersten Koppelanordnung verbunden ist, um so die erste Koppelanordnung relativ zum Kanal zu verschwenken, was dann wiederum zu einer Verschwenkung der zweiten Koppelanordnung und so zu ei- ner Stellungsänderung des Ventilkörpers relativ zum Kanal führt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass kein weiteres Magnetfeld zur Bewirkung der Schwenkbewegung des Ventil - körpers erforderlich ist. This makes it possible to adjust the position of the valve body directly via a change in position of the first coupling arrangement. In particular, it is possible to pivot the valve body directly via a pivoting of the first coupling arrangement. For example, the drive means may comprise a rotary motor which is connected via a shaft to the first coupling arrangement so as to pivot the first coupling arrangement relative to the channel, which in turn leads to a pivoting of the second coupling arrangement and thus to a ner position change of the valve body relative to the channel leads. This procedure has the advantage that no further magnetic field is required to effect the pivoting movement of the valve body.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Supraleiteranordnung mindestens einen plattenförmigen Supraleiter umfasst, der mindestens teilweise innerhalb eines von der Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfelds angeordnet ist. In a further embodiment of the invention, it is provided that the superconductor arrangement comprises at least one plate-shaped superconductor, which is arranged at least partially within a magnetic field provided by the magnet arrangement.
Plattenförmige Supraleiter sind gut dazu geeignet, mittels des oben besprochenen Flux-Pinning-Effekts eine kontaktlose, feste Kopplung zu einer Magnetanordnung bereitzustellen. Vorzugsweise ist dabei der plattenförmige Supraleiter derart angeordnet, dass ihn das Magnetfeld der Magnetanordnung normal zur Plattenebene durchdringt . Plate-shaped superconductors are well suited to provide non-contact, fixed coupling to a magnet assembly by means of the flux-pinning effect discussed above. In this case, the plate-shaped superconductor is preferably arranged in such a way that it penetrates the magnetic field of the magnet arrangement normal to the plane of the plate.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung am Kanal anliegt, so dass der Ventilkörper in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung stabil gelagert ist . In a further embodiment of the invention it is provided that the valve body rests in the first position and / or the second position on the channel, so that the valve body is stably supported in the first position and / or the second position.
Auf diese Weise kann eine sehr einfache stabile Lagerung des Ventilkörpers in der ersten und/oder zweiten Stellung erzielt werden. Insbesondere in der oben diskutierten Ausgestaltung, bei welcher die beiden Koppelanordnungen ein Drehlager bilden, und das Antriebsmittel eingerichtet ist, ein Drehmoment um die Drehachse auf den Ventilkörper zu beaufschlagen, kann durch ein Anliegen bzw. Abstützen des Ventilkörpers am Kanal eine stabile Lagerung des Ventilkörpers in der entsprechenden Stellung erzielt werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper mindestens eine Dichtlippe umfasst, die in der ersten und/oder zweiten Stellung an dem Kanal anliegt, so dass der Kanal in einer der beiden Stellungen verschlossen wird . In this way, a very simple stable storage of the valve body in the first and / or second position can be achieved. In particular, in the embodiment discussed above, in which the two coupling assemblies form a pivot bearing, and the drive means is adapted to apply a torque about the axis of rotation on the valve body, by a concern or supporting the valve body on the channel a stable mounting of the valve body in the corresponding position. In a further embodiment of the invention it is provided that the valve body comprises at least one sealing lip, which rests in the first and / or second position on the channel, so that the channel is closed in one of the two positions.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawing. It shows
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei eine Magnetanordnung dem Ventilkörper zugeordnet ist, eine erste und eine zweite Koppelanordnung ein Drehlager bilden und sich der Ventilkörper in einer ersten Stellung relativ zum Kanal befindet, 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a valve device, wherein a magnet assembly is associated with the valve body, a first and a second coupling arrangement form a pivot bearing and the valve body is in a first position relative to the channel,
Figur 2 eine schematische Draufsicht der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei sich der Ventilkörper in einer zweiten Stellung relativ zum Kanal befindet, FIG. 2 shows a schematic plan view of the first embodiment of a valve device shown in FIG. 1, the valve body being in a second position relative to the channel,
Figur 3 eine schematische Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, FIG. 3 shows a schematic side view of the first embodiment of a valve device shown in FIG. 1,
Figur 4 eine schematische Seitenansicht auf eine zweite Figure 4 is a schematic side view of a second
Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei die Magnetanordnung außen am Kanal angeordnet ist und die erste und zweite Koppelanordnung ein Drehlager bilden,  Embodiment of a valve device, wherein the magnet assembly is arranged on the outside of the channel and the first and second coupling arrangement form a pivot bearing,
Figur 5 eine schematische Draufsicht einer dritten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei die erste und zweite Koppelanordnung drehfest miteinander gekoppelt sind, Figure 5 is a schematic plan view of a third embodiment of a valve device, wherein the first and second coupling arrangement are non-rotatably coupled to each other,
Figur 6 eine schematische Seitenansicht der in Figur 5 gezeigten dritten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, FIG. 6 shows a schematic side view of the third embodiment of a valve device shown in FIG. 5,
Figur 7 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei der Ventilkörper Dichtlippen umfasst und die Supraleiteranordnung in der Kanalwandung eingelassen ist, 7 shows a schematic side view of a fourth embodiment of a valve device, wherein the valve body comprises sealing lips and the superconductor arrangement is embedded in the channel wall,
Figur 8 eine schematische Draufsicht der in Figur 7 gezeigten vierten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung . Figure 8 is a schematic plan view of the fourth embodiment of a valve device shown in Figure 7.
In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird . In the following description of the figures, identical designations are used for functionally identical components of the illustrated embodiments, wherein a multiple description of functionally identical components is dispensed with.
Figuren 1 bis 3 zeigen schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 10, die einen Abschnitt eines exemplarisch rohrförmigen Kanals 2 und einen in dem Kanal 2 angeordneten Ventilkörper 5 umfasst. Figuren 1 und 2 zeigen hierbei eine Draufsicht der Ventilvorrichtung 10, während Figur 3 eine Seitenansicht der Ventilvorrichtung 10 zeigt. FIGS. 1 to 3 schematically show a first embodiment of a valve device 10 according to the invention, which comprises a section of an exemplary tubular channel 2 and a valve body 5 arranged in the channel 2. FIGS. 1 and 2 show a plan view of the valve device 10, while FIG. 3 shows a side view of the valve device 10.
In den Figuren ist der Ventilkörper 5 beispielhaft in länglicher Quaderform dargestellt. Selbstverständlich kann der Ventilkörper 5 aber auch jede andere Form aufweisen, mit der mittels einer Verschwenkung des Ventilkörpers 5 im Kanal 2 eine Beeinflussung eines freien Querschnitts des Kanals 2 möglich ist. Zum Beispiel kann der Ventilkörper 5 in jeder Form ausgebildet sein, die sich von einer perfekten Kugel unterscheidet . In the figures, the valve body 5 is shown by way of example in an elongated cuboid shape. Of course, the valve body 5 but also have any other shape with which by means of a pivoting of the valve body 5 in the channel second an influence on a free cross section of the channel 2 is possible. For example, the valve body 5 may be formed in any shape different from a perfect sphere.
Der Ventilkörper 5 kann durch eine Verschwenkung um die zeichnerisch dargestellte, körperlich nicht vorhandene Drehachse 8 von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegt werden. Die Drehachse 8 verläuft in diesem Beispiel senkrecht zu einem Fluidstrom 3, sie kann jedoch auch anders ausgerichtet sein. Vorzugsweise ist die Ausrichtung der Drehachse 8 von der Richtung des Fluidstroms 3 verschieden. Figur 1 zeigt den Ventilkörper 5 in einer beispielhaften ersten Stellung, in der die Längsseite des Ventilkörpers 5 in Richtung des Fluidstroms 3 ausgerichtet ist, um so den freien Querschnitt des Kanals 2 normal zum Fluidstrom 3 zu maximie- ren. Figur 2 zeigt den Ventilkörper 5 in seiner zweiten Stellung. In dieser zweiten Stellung ist die Längsseite des Ventilkörpers 5 nicht mehr in Richtung des Fluidstroms 3 ausgerichtet, so dass der freie Querschnitt des Kanals 2 nun kleiner als in der ersten Stellung ist. Wie in Figur 2 gezeigt, kann der Ventilkörper 5 in der zweiten Stellung am Kanal 2 anliegen, so dass er stabil gelagert ist. Alternativ dazu kann der Ventilkörper 5 in der zweiten Stellung vom Kanal 2 beabstandet gehalten werden. Ferner ist möglich, dass die Längsseite des Ventilkörpers 5 kürzer als die längste Dimension bzw. der Durchmesser des Kanalquerschnitts ausgebildet ist, so dass der Ventilkörper 5 auch eine Stellung einnehmen kann, bei der die Längsseite des Ventilkörpers 5 senkrecht zur Richtung des Fluidstroms 3 steht. The valve body 5 can be moved from a first position to a second position by pivoting about the graphically illustrated, physically non-existent rotation axis. The axis of rotation 8 in this example is perpendicular to a fluid stream 3, but it can also be oriented differently. Preferably, the orientation of the rotation axis 8 is different from the direction of the fluid flow 3. FIG. 1 shows the valve body 5 in an exemplary first position, in which the longitudinal side of the valve body 5 is aligned in the direction of the fluid flow 3 so as to maximize the free cross section of the channel 2 normal to the fluid flow 3. FIG. 2 shows the valve body 5 in his second position. In this second position, the longitudinal side of the valve body 5 is no longer aligned in the direction of the fluid flow 3, so that the free cross section of the channel 2 is now smaller than in the first position. As shown in Figure 2, the valve body 5 may rest in the second position on the channel 2, so that it is stably stored. Alternatively, the valve body 5 may be kept spaced from the channel 2 in the second position. It is also possible that the longitudinal side of the valve body 5 is shorter than the longest dimension or the diameter of the channel cross-section, so that the valve body 5 can also assume a position in which the longitudinal side of the valve body 5 is perpendicular to the direction of the fluid flow 3.
In den Figuren 1 bis 3 ist der Kanal 2 in länglicher Rohrform dargestellt. Der nicht gezeigte Querschnitt des Kanals 2 kann je nach Anwendung entsprechend ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Querschnitt des Kanals 2 kreisrund, oval, oder rechteckig ausgebildet sein. Selbstverständlich kann der Kanal 2 auch in jeder anderen Form ausgebildet sein, bei welcher es möglich ist, mittels einer Verschwenkung des Ventilkörpers 5 einen freien Querschnitt des Kanals 2 zu beeinflussen . In the figures 1 to 3, the channel 2 is shown in elongated tubular form. The cross section of the channel 2, not shown, can be designed according to the application. For example, the cross section of the channel 2 may be circular, oval, or rectangular. Of course, the channel 2 may be formed in any other form, in which it is possible to influence by means of a pivoting of the valve body 5, a free cross section of the channel 2.
Der Kanal 2 ist geeignet, ein Fluid 3 zu führen. In Figur 1 wird eine beispielhafte Fließrichtung des Fluids 3 durch die beim Bezugszeichen 3 angeordneten Pfeile angedeutet. The channel 2 is adapted to guide a fluid 3. In FIG. 1, an exemplary flow direction of the fluid 3 is indicated by the arrows arranged at the reference numeral 3.
Wie in Figur 3 gezeigt, kann der Ventilkörper 5 die zweite Koppelanordnung 6 umfassen und eine Anzahl von Magnetanordnungen 12 aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Magnetanordnungen 12 vorgesehen; zweckmäßigerweise kann aber auch nur eine Magnetanordnung 12 oder mehr als zwei Magnetanordnungen vorgesehen sein. Vorzugsweise können die Magnetanordnungen 12 an Stirnflächen des Ventilkörpers 5 angeordnet sein, um so die Entfernung zwischen den Magnetanordnungen 12 und den als erste Koppelanordnung ausgebildeten Supraleiteranordnungen 13 zu minimieren, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Zur Bereitstellung eines im Wesentlichen kreissymmetrischen Magnetfelds bzw. eines Ausschnitts daraus können die Magnetanordnungen 12 wie in Figur 1 gezeigt aus konzentrisch zueinander angeordneten Ausschnitten kreissymmetrischer Permanentmagnete bestehen. Beispielsweise können hier entsprechende Ausschnitte von Ringmagneten eingesetzt werden. Selbstverständlich können anstelle der gezeigten Ausschnitte auch ganze Ringmagneten verwendet werden. Falls mehrere Magnetanordnungen 12 vorgesehen sind, so können diese vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet werden, so dass die Symmetrieachsen der jeweiligen Magnetanordnungen 12 im Wesentli- chen auf einer Gerade liegen, damit auch die Gesamtheit aus Magnetanordnungen 12 eine im Wesentlichen kreissymmetrische Charakteristik aufweist und damit gut dafür geeignet ist, zusammen mit einer oder mehreren Supraleiteranordnungen 13 ein Drehlager zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform liegen die Symmetrieachsen der beiden Magnetanordnungen 12 auf einer Geraden, wodurch im Zusammenspiel mit den entsprechend angeordneten Supraleiteranordnungen 13 ein Drehlager mit der Drehachse 8 gebildet wird. As shown in FIG. 3, the valve body 5 can comprise the second coupling arrangement 6 and can have a number of magnet arrangements 12. In the embodiment shown, two magnet arrangements 12 are provided; expediently, however, only one magnet arrangement 12 or more than two magnet arrangements can be provided. Preferably, the magnet assemblies 12 may be disposed on end faces of the valve body 5 so as to minimize the distance between the magnet assemblies 12 and the superconductor assemblies 13 formed as a first coupling arrangement, as shown in FIG. To provide a substantially circularly symmetrical magnetic field or a section thereof, the magnet arrangements 12 can consist of concentrically arranged cutouts of circularly symmetrical permanent magnets, as shown in FIG. For example, corresponding cutouts of ring magnets can be used here. Of course, whole ring magnets can be used instead of the cutouts shown. If a plurality of magnet arrangements 12 are provided, then these can preferably be arranged coaxially with respect to one another, so that the axes of symmetry of the respective magnet arrangements 12 are substantially horizontal. Chen lie on a straight line, so that the totality of magnet assemblies 12 has a substantially circularly symmetric characteristic and thus well suited to form together with one or more superconductor 13 a pivot bearing. In the present embodiment, the axes of symmetry of the two magnet arrangements 12 lie on a straight line, whereby, in cooperation with the correspondingly arranged superconductor arrangements 13, a rotary bearing with the axis of rotation 8 is formed.
Wie in der Figur 3 gezeigt, berühren beide Stirnflächen des Ventilkörpers 5 die Innenwand des Kanals 2. Alternativ dazu kann der Ventilkörper 5 auch derart dimensioniert sein und/oder im Kanal 2 angeordnet sein, dass eine oder beide Stirnflächen des Ventilkörpers 5 von der Kanalinnenwand beabstandet sind. Insbesondere kann der Ventilkörper 5 derart dimensioniert und/oder im Kanal 2 angeordnet sein, dass er in einer, beiden oder allen Stellungen die Innenwand des Kanals 2 nicht berührt. Vorzugsweise können an dem Ventilkörper 5 bzw. an dessen Stirnflächen eine oder mehrere Dichtlippen angebracht sein. Wie in der Figur 3 gezeigt, sind die Magnetanordnungen 12 in der vorliegenden Ausführungsform in die As shown in FIG. 3, both end faces of the valve body 5 contact the inner wall of the channel 2. Alternatively, the valve body 5 may also be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that one or both end faces of the valve body 5 are spaced from the channel inner wall are. In particular, the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that it does not touch the inner wall of the channel 2 in one, two or all positions. Preferably, one or more sealing lips can be attached to the valve body 5 or at its end faces. As shown in FIG. 3, the magnet assemblies 12 in the present embodiment are incorporated in FIGS
Stirnflächen des Ventilkörpers 5 eingelassen. Alternativ können die Magnetanordnungen 12 aber auch auf die Stirnflächen des Ventilkörpers 5 aufgesetzt werden. Ferner ist es möglich, dass der gesamte Ventilkörper 5 als eine Magnetanordnung 12 ausgebildet ist. End faces of the valve body 5 inserted. Alternatively, however, the magnet arrangements 12 can also be placed on the end faces of the valve body 5. Further, it is possible that the entire valve body 5 is formed as a magnet assembly 12.
Wie ebenfalls in der Figur 3 gezeigt, umfasst die Koppelanordnung 4 zwei Supraleiteranordnungen 13, die jeweils als plattenförmiger Supraleiter ausgebildet und außen am Kanal 2 angeordnet sind. Alternativ können auch nur eine Supraleiteranordnung 13 oder mehr als zwei Supraleiteranordnungen 13 vorgesehen sein. Die Supraleiteranordnungen 13 können ferner außen am Kanal 2 fest oder losgelöst vom Kanal 2 angeordnet sein. Die Supraleiteranordnungen 13 können derart angeordnet sein, dass eine Bewegung der Supraleiteranordnungen 13 relativ zum Kanal 2 ermöglicht wird. Zudem können die Supraleiteranordnungen 13 auch in der Wand des Kanals 2 eingelassen sein, um so den Abstand zwischen Supraleiteranordnung 13 und Magnetanordnung 12 zu minimieren. Vorzugsweise können die Supraleiter durch eine hier nicht gezeigte Kühleinrichtung, wie beispielsweise einen Kryostat oder einen flüssigen Stick stoff enthaltenden Kühlkörper, auf oder unterhalb ihrer Sprungtemperatur gekühlt werden. As also shown in FIG. 3, the coupling arrangement 4 comprises two superconductor arrangements 13 which are each formed as a plate-shaped superconductor and are arranged on the outside of the channel 2. Alternatively, only one superconductor arrangement 13 or more than two superconductor arrangements 13 may be used be provided. The superconductor arrangements 13 can furthermore be arranged outside the channel 2 fixedly or detached from the channel 2. The superconductor assemblies 13 may be arranged to allow movement of the superconductor assemblies 13 relative to the channel 2. In addition, the superconductor assemblies 13 may also be embedded in the wall of the channel 2 so as to minimize the distance between the superconductor assembly 13 and the magnet assembly 12. Preferably, the superconductors can be cooled by a cooling device, not shown here, such as a cryostat or a liquid nitrogen-containing heat sink, at or below their critical temperature.
Damit sich zwischen den Supraleiteranordnungen 13 und den Magnetanordnungen 12 die oben beschriebene magnetische Kopplung ergibt, ist in den Supraleitern jeweils eine Magnetfeld geometrie eingespeichert, die im Wesentlichen der Geometrie des die Supraleiter durchdringenden Magnetfelds entspricht. Insbesondere ist die Symmetrieachse der in den Supraleitern eingespeicherten Magnetfeldgeometrie im Wesentlichen koaxial zu den von den Magnetanordnungen 12 bereitgestellten Magnetfeldern. Dies ermöglicht die Bildung eines Drehlagers, bei welchem die Drehachse 8 im Wesentlichen mit den Symmetrieach sen der Magnetfelder der Magnetanordnungen 12 und der eingespeicherten Magnetfeldgeometrien übereinstimmt. Dementsprechend tritt im Wesentlichen keine Änderung der magnetischen Wechselwirkung zwischen den Magnetanordnungen 12 und den Sup raleiteranordnungen 13 bei einer Drehung des Ventilkörpers 5 um die Drehachse 8 auf . In order for the magnetic coupling described above to arise between the superconductor arrangements 13 and the magnet arrangements 12, a magnetic field geometry is respectively stored in the superconductors, which corresponds essentially to the geometry of the magnetic field penetrating the superconductor. In particular, the axis of symmetry of the magnetic field geometry stored in the superconductors is substantially coaxial with the magnetic fields provided by the magnet arrangements 12. This allows the formation of a pivot bearing, in which the axis of rotation 8 substantially coincides with the Symmetrieach sen of the magnetic fields of the magnet assemblies 12 and the stored magnetic field geometries. Accordingly, there is substantially no change in the magnetic interaction between the magnet assemblies 12 and the superconductor assemblies 13 upon rotation of the valve body 5 about the axis of rotation 8.
In der ersten Ausführungsform umfasst die Ventilvorrichtung 10 ferner ein erstes Antriebsmittel 7, welches zur kontaktlo sen Bereitstellung einer Betätigungskraft auf den Ventilkör- per 5 eingerichtet ist, um diesen relativ zum Kanal 2 zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu verschwenken. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Antriebsmittel 7 derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass der die Betätigungskraft im Wesentlichen senkrecht und windschief zu der Drehachse 8 sowie senkrecht zur Längsrichtung des Kanals 2 ausgerichtet ist. Letztendlich ist aber auch jede andere Ausrichtung der Betätigungskraft möglich, die den Ventilkörper 5 mit einem Drehmoment um die Drehachse 8 beaufschlagt und so eine entsprechende Verschwenkung des Ventil - körpers 5 um die Drehachse 8 bewirken kann. In the first embodiment, the valve device 10 further comprises a first drive means 7, which for kontaktlo sen providing an actuating force on the Ventilkör- 5 is arranged to pivot relative to the channel 2 between a first position and a second position. In the present embodiment, the drive means 7 is arranged such that the actuating force is oriented substantially perpendicular and skewed with respect to the axis of rotation 8 and perpendicular to the longitudinal direction of the channel 2. Ultimately, however, any other orientation of the actuating force is possible, which acts on the valve body 5 with a torque about the axis of rotation 8 and so can cause a corresponding pivoting of the valve body 5 about the axis of rotation 8.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Antriebsmittel 7 dazu ausgebildet, ein Magnetfeld bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Hauptrichtung dieses Magnetfelds parallel zur größten Oberfläche der plattenförmigen Supraleiter ausgerichtet, um so die Interaktion zwischen diesem Magnetfeld und den Supraleitern zu minimieren. Das Magnetfeld durchdringt mindestens eine Komponente 9 des Ventilkörpers 5, das magnetische Eigenschaften aufweist, so dass durch das bereitgestellte Magnetfeld des Antriebsmittel 7 die Komponente 9 mit der Betätigungskraft beaufschlagt wird. Zweckmäßigerweise kann die Komponente 9 die Magnetanordnung 12 umfassen. Je nach magnetischer Eigenschaft der Komponente 9 und Ausrichtung des bereitgestellten Magnetfelds kann als Betätigungskraft eine Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen der Komponente 9 und dem Antriebsmittel 7 bewirkt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist es ausreichend, wenn die Betätigungskraft nur in eine Richtung bewirkt werden kann, um den Ventilkörper 5 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu In the present embodiment, the drive means 7 is configured to provide a magnetic field. Preferably, the main direction of this magnetic field is aligned parallel to the largest surface of the plate-shaped superconductors so as to minimize the interaction between this magnetic field and the superconductors. The magnetic field penetrates at least one component 9 of the valve body 5, which has magnetic properties, so that the component 9 is acted on by the provided magnetic field of the drive means 7 with the actuating force. Conveniently, the component 9 may include the magnet assembly 12. Depending on the magnetic property of the component 9 and orientation of the magnetic field provided, an attractive or repulsive force between the component 9 and the drive means 7 can be effected as the actuating force. In the present embodiment, it is sufficient if the operating force can be effected only in one direction to the valve body 5 from the first position to the second position
verschwenken. Die Rückstellung in die erste Stellung kann dann durch Abschwächung oder Abschaltung des Magnetfelds des Antriebsmittels erfolgen, da der Ventilkörper 5 aufgrund sei- ner länglichen Geometrie auch von dem Fluidstrom 3 wieder zurück in die erste Stellung versetzt werden kann. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, die Rückstellung von der zweiten Stellung in die erste Stellung dadurch zu bewirken, dass das Antriebsmittel 7 eine entsprechende Betätigungskraft bereitstellt . pivot. The return to the first position can then be done by weakening or switching off the magnetic field of the drive means, since the valve body 5 due to its ner oblong geometry can also be offset from the fluid flow 3 back to the first position. But it is of course also possible to effect the provision of the second position in the first position in that the drive means 7 provides a corresponding actuation force.
Das Antriebsmittel 7 kann durch eine nicht in den Figuren gezeigte Steuerungseinheit angesteuert werden und in Abhängigkeit eines von der Steuerungseinheit ausgegebenen Steuersignals die Betätigungskraft bzw. das die Betätigungskraft bewirkende Magnetfeld bereitstellen. The drive means 7 can be controlled by a control unit, not shown in the figures, and can provide the actuation force or the magnetic field effecting the actuation force as a function of a control signal output by the control unit.
Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 20. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform sind hier die Supraleiteranordnungen 13 dem Ventilkörper 5 zugeordnet, und die Magnetanordnungen 11 dem Kanal 2 zugeordnet. Vorzugsweise führt hier der Kanal 2 ein Fluid 3, das kalt genug ist, um die Supraleiteranordnungen 13 auf oder unter ihre Sprungtemperatur zu kühlen. Beispielsweise kann der Kanal 2 als Fluid 3 flüssigen Stickstoff führen. FIG. 4 shows a schematic plan view of a second embodiment of a valve device 20 according to the invention. In contrast to the first embodiment, here the superconductor arrangements 13 are assigned to the valve body 5, and the magnet arrangements 11 are assigned to the channel 2. Preferably, here the channel 2 carries a fluid 3 which is cold enough to cool the superconductor assemblies 13 to or below their critical temperature. For example, the channel 2 can lead as liquid 3 liquid nitrogen.
In dieser zweiten Ausführungsform können ferner die Magnetanordnungen 11 als Elektromagnetanordnungen oder Permanentmagnetanordnungen ausgebildet sein. In this second embodiment, furthermore, the magnet arrangements 11 can be designed as electromagnet arrangements or permanent magnet arrangements.
Wie bereits in der ersten Ausführungsform kann auch in der zweiten Ausführungsform die Anzahl der Magnetanordnungen 11 und Supraleiteranordnungen 13 jeweils kleiner oder größer als zwei sein. Zudem können in der zweiten Ausführungsform die Magnetanordnungen 11 außerhalb des Kanals, außen am Kanal, oder in der Wand des Kanals angeordnet sein. Die Supraleiteranordnungen 13 können, wie in Figur 4 gezeigt, an den Stirn- flächen des Ventilkörpers 5 angebracht bzw. in diesen eingelassen sein. Die Ausrichtung der Magnetfelder der Magnetanordnungen 11 zu den eingespeicherten Magnetfeldgeometrien in den Supraleiteranordnungen 13 entspricht der bereits im Zusammenhang mit der ersten Figur diskutierten Ausrichtung und soll an dieser Stelle nicht widerholt werden. As in the first embodiment, in the second embodiment as well, the number of magnet assemblies 11 and superconductor assemblies 13 may each be less than or greater than two. In addition, in the second embodiment, the magnet assemblies 11 may be disposed outside the channel, outside the channel, or in the wall of the channel. The superconductor arrangements 13 can, as shown in FIG. surfaces of the valve body 5 mounted or be embedded in this. The orientation of the magnetic fields of the magnet assemblies 11 to the stored magnetic field geometries in the superconductor assemblies 13 corresponds to the already discussed in connection with the first figure alignment and should not be repeated at this point.
Zudem kann auch in der zweiten Ausführungsform der Ventilkörper 5 derart dimensioniert sein und/oder im Kanal 2 angeordnet sein, dass eine oder beide Stirnflächen des VentilkörpersIn addition, in the second embodiment, the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that one or both end faces of the valve body
5 von der Kanalinnenwand beabstandet sind. Insbesondere kann der Ventilkörper 5 derart dimensioniert und/oder im Kanal 2 angeordnet sein, dass er in einer, beiden oder allen Stellungen die Innenwand des Kanals 2 nicht berührt. Vorzugsweise können an dem Ventilkörper 5 bzw. an dessen Stirnflächen eine oder mehrere Dichtlippen angebracht sein. 5 are spaced from the channel inner wall. In particular, the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that it does not touch the inner wall of the channel 2 in one, two or all positions. Preferably, one or more sealing lips can be attached to the valve body 5 or at its end faces.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsform. Im Unterschied zu der ersten und zweiten Ausführungsform bilden hier die Koppelanordnungen kein Drehlager, sondern sind drehfest miteinander gekoppelt. In den Figuren 5 und 6 ist dieser Aspekt dadurch angedeutet, dass die erste und zweite Koppelanordnung besonders länglich ausgebildet sind, so dass das von der Magnetanordnung bereitgestellte Magnetfeld und die in der Supraleiteranordnung eingespeicherte Magnetfeldgeometrie nicht kreissymmetrisch sind, wodurch die zweite Koppelanordnung 6 bei Verschwenkung der ersten Koppelanordnung 4 entsprechende Kräfte erfährt, die die zweite KoppelanordnungFigures 5 and 6 show a third embodiment. In contrast to the first and second embodiments, the coupling arrangements here form no pivot bearing, but are rotatably coupled together. In FIGS. 5 and 6, this aspect is indicated by the fact that the first and second coupling arrangements are particularly elongated, so that the magnetic field provided by the magnet arrangement and the magnetic field geometry stored in the superconductor arrangement are not circularly symmetrical, whereby the second coupling arrangement 6 during pivoting of the first coupling assembly 4 corresponding forces undergoes the second coupling arrangement
6 dazu zwingen, der Verschwenkung der ersten Koppelanordnung 4 zu folgen. Für die Verschwenkung der ersten Koppelanordnung 4 kann hier das Antriebsmittel 7 einen Drehmotor umfassen, der über eine Antriebswelle ein entsprechendes Drehmoment auf die erste Koppelanordnung 4 aufbringt. Alternativ dazu kann natürlich auch die erste Koppelanordnung 4 ortsfest gehalten werden, und der Kanal 2 mittels eines entsprechenden Antriebsmittels verschwenkt werden, um so eine Verschwenkung des Kanals 2 relativ zum Ventilkörper 5 zu erzielen. Forcing 6 to follow the pivoting of the first coupling assembly 4. For the pivoting of the first coupling arrangement 4, the drive means 7 may here comprise a rotary motor which applies a corresponding torque to the first coupling arrangement 4 via a drive shaft. Alternatively, it can Of course, the first coupling arrangement 4 are held stationary, and the channel 2 are pivoted by means of a corresponding drive means, so as to achieve a pivoting of the channel 2 relative to the valve body 5.
Analog zu den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Permutationen können auch die Supraleiteranordnungen und Magnetanordnungen dem Kanal 2 oder dem Ventilkörper 5 zugeordnet sein und auf eine bereits im Zusammenhang mit den vorherigen Ausführungs- formen diskutierte Weise angeordnet bzw. befestigt sein. Analogous to the permutations shown in FIGS. 3 and 4, the superconductor arrangements and magnet arrangements can also be associated with the channel 2 or the valve body 5 and arranged or fastened in a manner already discussed in connection with the previous embodiments.
Zudem kann auch in der dritten Ausführungsform der Ventilkörper 5 derart dimensioniert sein und/oder im Kanal 2 angeordnet sein, dass eine oder beide Stirnflächen des Ventilkörpers 5 von der Kanalinnenwand beabstandet sind. Insbesondere kann der Ventilkörper 5 derart dimensioniert und/oder im Kanal 2 angeordnet sein, dass er in einer, beiden oder allen Stellungen die Innenwand des Kanals 2 nicht berührt. Vorzugsweise können an dem Ventilkörper 5 bzw. an dessen Stirnflächen eine oder mehrere Dichtlippen angebracht sein. In addition, in the third embodiment, the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2, that one or both end faces of the valve body 5 are spaced from the channel inner wall. In particular, the valve body 5 may be dimensioned and / or arranged in the channel 2 such that it does not touch the inner wall of the channel 2 in one, two or all positions. Preferably, one or more sealing lips can be attached to the valve body 5 or at its end faces.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine vierte Ausführungsform einer Ventilvorrichtung 40. Die vierte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform und eine wiederholte Erläuterung der funktionsgleichen Komponenten wird an dieser Stelle vermieden. Die Ventilvorrichtung 40 weist in dieser Ausführungsform zusätzlich Dichtlippen 14 sowie Kühleinrichtungen 15 auf. Selbstverständlich können diese zusätzlichen Merkmale auch in jeder der bereits diskutierten ersten bis dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung eingesetzt werden. Figures 7 and 8 show a fourth embodiment of a valve device 40. The fourth embodiment substantially corresponds to the first embodiment and a repeated explanation of the functionally identical components is avoided at this point. The valve device 40 additionally has sealing lips 14 and cooling devices 15 in this embodiment. Of course, these additional features can also be used in any of the already discussed first to third embodiments of the valve device according to the invention.

Claims

Ansprüche claims
1. Ventilvorrichtung (10; 20; 30; 40) , umfassend: einen Kanal (2) zum Führen eines Fluids (3) , einen Ventilkörper (5) , der in dem Kanal (2) angeordnet ist, eine erste Koppelanordnung (4) , die dem Kanal (2) zugeordnet ist, und eine zweite Koppelanordnung (6) , die dem Ventilkörper (5) zugeordnet ist, wobei eine der beiden Koppelanordnungen eine Magnet - anordnung (11; 12) umfasst und die andere der beiden Koppelanordnungen eine Supraleiteranordnung (13) umfasst, und die Magnetanordnung (11; 12) und die Supraleiteranordnung (13) kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt sind, um eine schwenkbewegliche Lagerung des Ventilkörpers (5) gegenüber dem Kanal (2) zu gewährleisten, ein Antriebsmittel (7) zur, insbesondere kontaktlosen, Bereitstellung einer Betätigungskraft auf den Ventilkörper (5) , um diesen relativ zum Kanal (2) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu verschwenken und dadurch einen freien Querschnitt des Kanals (2) zu beeinflussen. Valve device (10; 20; 30; 40) comprising: a channel (2) for guiding a fluid (3), a valve body (5) arranged in the channel (2), a first coupling arrangement (4) , which is associated with the channel (2), and a second coupling arrangement (6) which is associated with the valve body (5), wherein one of the two coupling arrangements comprises a magnet arrangement (11, 12) and the other of the two coupling arrangements comprises a superconductor arrangement (13), and the magnet arrangement (11; 12) and the superconductor arrangement (13) are non-contact-transmitting in a force-transmitting manner in order to ensure a pivotable mounting of the valve body (5) in relation to the channel (2), a drive means (7) for, in particular contactless, providing an actuating force on the valve body (5) in order to pivot it relative to the channel (2) between a first position and a second position and thereby to influence a free cross section of the channel (2).
2. Ventilvorrichtung (10; 20; 40) nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Koppelanordnung (4, 6) ein Drehlager mit einer Drehachse (8) für den Ventilkörper (5) bilden, so dass die Verschwenkung des Ventilkörpers (5) bei einer Relativbewegung der Koppelanordnungen zueinander um die Drehachse (8) erfolgt . 2. Valve device (10; 20; 40) according to claim 1, wherein the first and second coupling arrangement (4, 6) form a pivot bearing with an axis of rotation (8) for the valve body (5), so that the pivoting of the valve body (5). in a relative movement of the coupling assemblies to each other about the axis of rotation (8).
3. Ventilvorrichtung (10; 40) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Koppelanordnung (6) als die Magnetanordnung (12) mindestens einen kreissymmetrischen Permanentmagneten 3. Valve device (10; 40) according to claim 1 or 2, wherein the second coupling arrangement (6) as the magnet arrangement (12). at least one circular symmetric permanent magnet
und/oder mindestens einen Ausschnitt eines kreissymmetrischen Permanentmagneten umfasst. and / or comprises at least a section of a circularly symmetric permanent magnet.
4. Ventilvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Koppelanordnung (4) als die Magnetanordnung (11) eine Elektromagnetanordnung und/oder eine Permanentmagnetanordnung umfasst . 4. Valve device (20) according to claim 1 or 2, wherein the first coupling arrangement (4) as the magnet arrangement (11) comprises an electromagnet arrangement and / or a permanent magnet arrangement.
5. Ventilvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Antriebsmittel (7) eingerichtet ist, ein den Ventilkörper (5) mindestens teilweise durchdringendes Magnetfeld in Abhängigkeit eines Steuersignals bereitzustellen. 5. Valve device (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive means (7) is adapted to provide a valve body (5) at least partially penetrating magnetic field in response to a control signal.
6. Ventilvorrichtung (10; 20) nach Anspruch 5, wobei mindestens eine Komponente (9) des Ventilkörpers (5) magnetische Eigenschaften aufweist, so dass das von dem Antriebsmittel (7) bereitgestellte Magnetfeld die Betätigungskraft auf den Ventilkörper (5) ausübt. A valve device (10; 20) according to claim 5, wherein at least one component (9) of the valve body (5) has magnetic properties such that the magnetic field provided by the drive means (7) exerts the actuating force on the valve body (5).
7. Ventilvorrichtung (30) nach Anspruch 1, wobei die erste Koppelanordnung (4) und die zweite Koppelanordnung (6) drehfest miteinander gekoppelt sind, und das Antriebsmittel (7) eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignals die erste Koppelanordnung (4) relativ zum Kanal zu verschwenken, um so die Verschwenkung des Ventilkörpers (5) zu bewirken. 7. The valve device (30) according to claim 1, wherein the first coupling arrangement (4) and the second coupling arrangement (6) are non-rotatably coupled to each other, and the drive means (7) is arranged in response to a control signal, the first coupling arrangement (4) relative to Channel to pivot so as to cause the pivoting of the valve body (5).
8. Ventilvorrichtung (10; 20; 30; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Supraleiteranordnung (13) mindestens einen plattenförmigen Supraleiter umfasst, der mindestens teilweise innerhalb eines von der Magnetanordnung (11; 12) bereitgestellten Magnetfelds angeordnet ist. A valve device (10; 20; 30; 40) according to any one of claims 1 to 7, wherein the superconductor assembly (13) comprises at least one plate-shaped superconductor at least partially disposed within a magnetic field provided by the magnet assembly (11; 12).
9. Ventilvorrichtung (10; 20; 30; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ventilkörper (5) in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung am Kanal (2) anliegt, so dass der Ventilkörper in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung stabil gelagert ist. Valve device (10; 20; 30; 40) according to one of claims 1 to 8, wherein the valve body (5) in the first position and / or the second position on the channel (2) is applied, so that the valve body in the first Position and / or the second position is stored stable.
10. Ventilvorrichtung (10; 20; 30; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Ventilkörper (5) mindestens eine Dichtlippe (14) umfasst, die in der ersten und/oder zweiten Stellung an dem Kanal (2) anliegt, so dass der Kanal (2) in einer der beiden Stellungen verschlossen wird. Valve device (10; 20; 30; 40) according to one of claims 1 to 9, wherein the valve body (5) comprises at least one sealing lip (14) which abuts the channel (2) in the first and / or second position , so that the channel (2) is closed in one of the two positions.
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