DE1095073B - Elektromagnetisch hilfsgesteuertes Ventil - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein hilfsgesteuertes elektromagnetisches Ventil, das den Druck des durchfließenden Mediums zur Betätigung des Hauptventils benutzt.

Es ist dabei bekannt, die Membran des Antriebs in gekühlten Bereichen des Ventils anzuordnen. Man baut beispielsweise bei Dampfventilen das Ventilgehäuse in die Leitung ein, während der tiefer liegende Membranantrieb mit kaltem Kondensat angefüllt ist.

Sollen derartige Ventile große Hübe ausführen, dann besteht die Schwierigkeit, daß der Luftspalt zwischen dem feststehenden Magnetkern und dem beweglichen Anker in der Offenstellung bzw. bei Umkehr der Bewegungsrichtung in der Schließstellung so groß ist, daß zur Überwindung desselben Magnetspulen mit großer Leistungsaufnahme und daher großen äußeren Abmessungen notwendig sind.

Um diesem Mangel abzuhelfen, hat man beispielsweise bei Kolbenventilen mit großen Hubbewegungen zur Verringerung des Luftspaltes im feststehenden Pol einen unter Federwirkung stehenden beweglichen Hilfspol vorgesehen, der sich bei Erregung der Magnetspule dem Hilfsventilkegel nähert, bis die magnetische Kraft ausreicht, um diesen und nach erfolgtem Druckausgleich auch das Hauptventil anzuziehen und das Ventil zu öffnen.

Es ist auch ein hilfsgesteuertes Membranventil bekanntgeworden, bei welchem die Hilfssteuereinrichtung in einem besonderen Gehäuse auf der Membran selbst angeordnet ist. Das Magnetsystem macht demnach die Bewegung der Membran mit, wobei der Luftspalt konstant bleibt und über den gesamten Hubbereich dem Einfluß des Magnetsystems unterworfen ist. Neben den sich durch die beweglichen Stromzuführungen ergebenden Schwierigkeiten hat dieses Ventil den Nachteil, daß das Magnetsystem mit der Spule im Druckraum angeordnet und damit dem Einfluß des zu fördernden Mittels in bezug auf Temperatur, Druck und Korrosion unterworfen ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisches Ventil mit Antrieb durch das auf eine Membran od. dgl. einwirkende durchfließende Druckmittel und Steuerung durch ein Hilfsventil sowie einer außerhalb des Druckraumes angeordneten feststehenden Magnetspule. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß ein innerhalb des Hauptventils angeordnetes, mit geringem Luftspalt arbeitendes magnetisches Kernpaar den Hub des Hauptventils mitmacht, derart, daß die Wirksamkeit des Magnetfeldes der Spule auf das Hilfsventil über den ganzen Hubbereich gleichbleibt. Das Magnetfeld wirkt hierbei über eine oder mehrere Röhren aus ferritischem Material, welche durch Rohrstücke aus nichtmagnetisch leitendem Material unterbrochen sind, hindurch.

Elektromagnetisch hilfsgesteuertes Ventil

Anmelder:

Christian Bürkert,

Ingelfmgen (Württ), Mühlgasse

Christian Bürkert, Ingelfmgen (Württ.),
ist als Erfinder genannt worden

Vorteilhaft sind die Leitungen für die Druckzufuhr zwischen den Räumen oberhalb und unterhalb der Membran im Verschlußstück des Hauptventils untergebracht, so daß besondere Leitungen entfallen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung ergibt sich dadurch, daß in dem Zwischenstück zwischen Ventil und Antrieb zwei getrennte, konzentrisch angeordnete Räume zur Aufnahme der sich über bzw. unter der Membran befindlichen Medien vorhanden sind.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert sowie in den Ansprüchen enthalten.

Fig. 1 veranschaulicht in einem Längsschnitt des geschlossenen Ventils eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens;

Fig. 2 und 3 stellen vorteilhafte Ausführungen des Magnetsystems dar, wobei sich das Ventil in Mittelstellung befindet.

1 ist ein Ventilgehäuse normaler Bauweise, in dem ein Sitz 2, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, befestigt ist. Ein Verschlußstück 3 sperrt den Strom des Mediums ab. Es ist mit einem Verschluß stück 4 eines Hilf sventils versehen, das mit den Ventilsitzen 5 und 6 zusammenarbeitet. Die Kanäle 7, 8, 9 und 10 sind die Wege für das Druckmittel zum Antrieb. Sie können durch die Schrauben 11 und 12 so verschlossen und geöffnet werden, daß das ganze Ventil einmal unter Strom öffnet und im anderen Fall unter Strom schließt.

Das Ventilgehäuse 1 ist über eine Dichtung 13 mit dem Flansch 14 verschlossen. Eine Röhre 15 aus ferritischem Material ist mit einem Gewinde an den Flansch 14 geschraubt. Das Rohr 15 ist durch ein¹ Rohrstück 16 aus nichtmagnetisierbarem Material, beispielsweise Bronze oder austenitischem Stahl, unterbrochen. 17 ist wiederum ein ferritisches Rohr in denselben Dimensionen wie 15; es ist durch Löten

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oder Schweißen mit 16 dicht verbunden. Das Gehäuse für die Antriebsmembran 20 besteht aus zwei einander ähnlichen Schalen 18 und 19, welche mittels eines prismatisch profilierten, rundum laufenden Ringes 21 gegen die Membran 20 gepreßt werden. Der Ring 21 ist an einer oder mehreren Stellen unterbrochen und dort mit Gewindeschrauben so versehen, daß eine Zugspannung längs des Umfanges erzeugt werden kann. Ein Magnetspule 22 umgibt die Röhren 15,16 und 17. Sie ist ihrerseits von dem Gehäuse 23 umgeben, das aus ferritischem Werkstoff besteht. Das Gehäuse 23 stellt den magnetischen Schluß außerhalb der Spule her.

Der bewegliche innere Teil des Systems enthält unterhalb des Verschlußstücks 3 das Rohr 24, in dem das Gestänge 25 längsbeweglich gelagert ist Das Rohr 24 findet seine Verlängerung über die Scheibe 26 und das Rohr 27. An seinem unteren Ende ist das Rohr 27 durch einen Flansch 28 abgeschlossen, der an seinem Umfang nicht gezeichnete Aussparungen zum Durchtritt des Druckmittels nach unten hat. Der Flansch 28 weist eine zentrale Bohrung auf, in die eine Buchse 29 aus magnetisch nichtleitendem Material eingesetzt ist. Der Arbeitskern 30 aus ferritischem Material kann sich in der Buchse 29 mit geringem Spiel axial bewegen. Eine Schraubenfeder 31 drückt das Hilfsventilsystem über einen Stellring 32 nach oben. Die Feder selbst stützt sich dabei auf eine Scheibe 33, die ihr Widerlager im Rohr 24 hat. Die Stange 25 und der Arbeitskern 30 sind miteinander verbunden. Dem axial beweglichen Arbeitskern 30 steht der Kern 34 gegenüber, der in dem oberen Membranteller 35 befestigt ist. Für die Verbindung des Flansches 28 mit dem Membranteller 35 sorgt das Rohr 36, das aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff hergestellt ist. Die Membran 20 wird durch den unteren Membranteller 37 mittels Schrauben 38 auf den oberen Membranteller 35 gepreßt. Eine Feder 39 stützt sich einerseits gegen die untere Schale 19 und verleiht dem gesamten inneren System eine Kraftwirkung, die das Ventil zu schließen bestrebt ist.

Zur Begrenzung des Hubes und gleichzeitig zur Handbetätigung bei Stromausfall ist eine Gewindespindel 40 vorgesehen, die sich in der Buchse 41 verstellen läßt. Die Buchse 41 ist über eine Dichtung 42 mittels der Überwurfmutter 43 am Membrangehäuse befestigt. Zur druckdichten Durchführung der Spindel 40 ist der O-Ring 44 vorgesehen. Ferner weist die Spindel 40 an ihrem oberen Ende einen Kopf 45 auf, an dem sich ein hülsenförmiger Fortsatz 46 des Membrantellers 35 abstützen kann.

Das Ventil arbeitet in folgender Weise: In der gezeichneten Stellung ist der Raum auf der Eingangsseite des Ventils über den Kanal 10, die Bohrungen im Sitz 6, die Bohrung im Rohr 24, das Rohr 27, die Kanäle 47 in dem Flansch 28 und die Kanäle 48 im oberen Membranteller 35 mit dem Raum unter der Membran 20 verbunden. Gleichzeitig steht der Vordruck über die Bohrung 49, den Raum zwischen den Rohren 15 und 27 sowie über das Spiel zwischen dem Rohr 15 und dem Flansch 28 ebenso wie jenem zwischen dem Rohr 17 und dem Membranteller 35 über der Membran 20 an. Es herrscht daher in beiden Räumen über und unter der Membran derselbe Druck. Die Feder 39 drückt daher den gesamten Antrieb samt dem Verschlußstück 3 nach oben auf den Ring 2. Gleichzeitig wirkt der auf das Verschlußstück 3 wirkende Eingangsdruck zusätzlich verschließend.

Sobald die Spule 22 unter Strom gesetzt wird, bildet sich ein magnetischer Fluß über das Rohr 15, den Flansch 28, den Arbeitskern 30, den oberen Membranteller 35, das untere Rohr 17 und das Gehäuse 23 aus. Zwischen dem beweglichen Arbeitskern 30 und dem Kern 34 ist ein Luftspalt vorhanden, so daß zwischen diesen Teilen eine Zugkraft entsteht. Da der untere Kern 34 in dem Membranteller 35 fest ist, bewegt sich der Kern 30 nach unten und nimmt das Gestänge 25 und damit das Verschluß stück 4 des Hilfsventils mit. Nunmehr ist der über die Bohrung 10 ankommende

ίο Vordruck abgesperrt. Dafür ist der Raum unter der Membran 20 über den Ventilsitz 5 und die Bohrung 9 mit der Niederdruckseite verbunden. Der über der Membran 20 anstehende Vordruck setzt den gesamten Antriebsmechanismus mit dem Verschlußstück 3 nach unten in Bewegung und öffnet das Ventil.

Sobald die Spule stromlos wird, verschließt das Hilfsventil 4 den Kanal 9, so daß der Vordruck wieder unter die Membran 20 gelangt. Hierdurch entsteht ein Druckausgleich, der es der Feder 39 gestattet, den gesamten inneren Antrieb nach oben zu schieben. Die Schließbewegung wird von dem Druck des Mediums unterstützt, das das Verschluß stück 3 auf den Ventilsitz 2 mit großer Kraft aufpreßt. Bei Betrieb mit kondensierbaren Flüssigkeiten, beispielsweise Dampf, wird das Kondensat, das sich unter der Membran befindet, bei Abwärtsbewegung des Membrantellers innerhalb des Rohres 27 angestaut. Ebenso findet das Kondensat über der Membran Platz in dem Hohlraum zwischen dem äußeren Rohr 15 und dem inneren Rohr 27.

Bei dem Konstruktionsvorschlag nach Fig. 2 befindet sich die Spule 50 unterhalb des Membrangehäuses, das wiederum aus den Schalen 18 und 19 besteht. Der äußere Kraftfluß bildet sich über die Kappe 51 aus, während der eigentliche Arbeitsfluß durch das ferritische Rohr 52 auf den Arbeitskern 53 wirkt. Der ferritische Kern 54 ist in einem Rohr 55 druckdicht befestigt, das aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff hergestellt ist. Das Rohr 55 ist in einer Buchse 56 festgemacht, welche die beiden Membranteller 57 und 58 mittels der Mutter 59 zusammenhält. In letzterer ist ein Rohr 60 befestigt, das nach oben durchgehend das Verschlußstück des Hauptventils trägt. Das Rohr 52 ist mit einem Rohrstück 61 aus magnetisch nichtleitendem Material verlängert und nach unten durch eine Kappe 62, wiederum aus ferritischem Material, ergänzt und gleichzeitig abgeschlossen.

Die Wirkungsweise ist bei diesem Vorschlag ähnlich dem nach Fig. 1 beschriebenen. Das Magnetfeld wirkt in jeder beliebigen Höhenstellung auf den Arbeitskern 53. In der geschlossenen Stellung des Hauptventils wird der Arbeitskern 53 gegen den Kern 54 gezogen, sobald die Spule 50 Strom erhält. Die Anziehungskraft zwischen den beiden Kernen bleibt auch dann bestehen, wenn der Kern 54 unter der Öffnungsbewegung des Antriebsmechanismus nach unten bewegt wird. Die Stange 63 überträgt die Bewegung des Arbeirskernes nach oben auf das Hilfsventil.

Nach dem weiteren Vorschlag nach Fig. 3 befindet sich die Spule innerhalb des Antriebs. Sie ist vom Kondensat umgeben, wird aller nicht unmittelbar von diesem berührt, weil ein Rohr 64 an dem unteren Membrangehäuseteil 65 dicht befestigt ist. Es ist oben durch eine Scheibe 66 geschlossen. Innerhalb der Spule 67 befindet sich ein Rohrstück 68 aus ferritischem Material. Nach unten findet das Rohrstück 68 seine Verlängerung durch das Rohrstück 69 aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff. Wiederum ist ein Rohr 70 aus ferritischem Werkstoff nachgeschaltet, das bis unten durchgeführt ist und am unteren Ende

ein Gewinde 71 trägt. In diesem Gewinde ist eine Handverstellspindel 72 mit ihrem Gewindebund 73 höhenverschraubbar angeordnet. Die Spindel ist durch einen O-Ring 74 abgedichtet, der in einem Deckel 75 untergebracht ist. An ihrem oberen Ende hat die Spindel 72 einen Kopf 76, der zusammen mit dem Ring 77 für eine Handnotbetätigung und Hubbegrenzung geeignet ist. Der Ring 77 ist mit einem dünnwandigen Rohr 78 aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff verbunden. Gleichzeitig ist im Rohr 78 der von der Hauptventilbewegung mitgenommene Kern 79 festgemacht, während der Arbeitskern 80 wiederum mit dem Gestänge 81 verbunden ist, das nach oben zum Hilfsventil führt. Schließlich ist das Rohr 78 mit seinem oberen Ende in einem Boden 82 dicht befestigt, der seinerseits an einem Rohr 83 festgemacht ist, das nach oben zum Hauptventil entsprechend der Fig. 1 durchgeführt ist.

Auch dieses System arbeitet so, daß der Arbeitskern 80 während der ganzen Bewegung des Haupt- au ventils Arbeit zu leisten vermag. Das Magnetfeld der Spule wirkt über die Rohrstücke 68 bzw. 70 ziehend auf den beweglichen Arbeitskern 80.

Es sind noch andere Ausführungen denkbar, z. B. indem die Magnetspule außerhalb des eigentlichen Ventilsystems entsprechend der Fig. 2 angeordnet ist und trotzdem der Arbeitskern ungefähr in der Mitte des Systems seine Arbeit leistet. Der magnetische Kraftfluß wird in diesem Falle durch Rohre in den Bereich der arbeitleistenden Kerne gebracht.

Es ist fernerhin vorteilhaft, die Magnetspule mit Gleichstrom zu erregen, weil damit Wechselstromverluste innerhalb der Röhrensysteme, die als Kurzschlußwindungen wirken, entfallen.

Es kann auch zweckmäßig sein, den Antrieb mittels elastischer Membran durch einen Kolbenantrieb mit elastischer Dichtungsmanschette zu ersetzen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Ventil mit Antrieb durch das auf eine Membran od. dgl. einwirkende durchfließende Druckmittel und Steuerung durch ein elektromagnetisches Hilfsventil mit einer außerhalb des Druckraumes angeordneten, feststehenden Magnetspule, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Hauptventils (3) angeordnetes, mit geringem Luftspalt arbeitendes magnetisches Kernpaar (30, 34; 53, 54; 79, 80) den Hub des Hauptventils (3) mitmacht, derart, daß die Wirksamkeit des Magnetfeldes der Spule (22) auf das Hilfsventil (4) über den ganzen Hubbereich gleichbleibt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von der Spule (22, 50, 67) über ein oder mehrere Rohre (15, 17, 52, 62, 68, 70) aus ferritischem Material, die durch Rohrstücke (16, 61, 69) aus magnetisch nichtleitendem Material unterbrochen sind, hindurch wirkt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen für die Druckzufuhr zwischen den Räumen oberhalb und unterhalb der Membran im Verschlußstück des Hauptventils angeordnet sind.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Zwischenstück zwischen Ventilgehäuse und Antrieb dienenden Rohr (15) in konzentrischer Anordnung zwei Räume vorhanden sind, welche die Medien, welche sich über bzw. unter der Membran befinden, aufnehmen.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Magnetspule innerhalb des Antriebes befindet und über ein Rohr mit dem unteren Membrangehäuseteil druckdicht verbunden ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule mit Gleichstrom erregt wird.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter in das Spulengehäuse eingebaut ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 745 480, 807 348, 236, 854 132;

deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 727 055;

USA.-Patentschriften Nr. 2 301581, 2 305 151, 350 352, 2 388 696, 2 465 036.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen