DE3209802A1 - Stellventil mit zweipunktverhalten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellventil mit Zweipunktverhalten zum Einsatz in Zweipunktregelungen an Flüssigkeitskreisläufen, vorzugsweise an Kältemittelkreisläufen von Kompressionskälteanlagen oder Wärmepumpen, beispielsweise zur Überhitzungsregelung.

Die verfügbaren Ventile mit Zweipunktverhalten für Flüssigkeitskreisläufe, insbesondere für Kältemittelkreisläufe von Kompressionskälteanlagen oder Wärmepumpen sind als Absperrorgane konzipiert. Die wesentlichste Eigenschaft solcher Ventile ist das sichere Schließen bei einer hohen Dichtheit. Dazu sind aufwendige Konstruktionen bekannt, die Konstruktionselemente wie Federn mit relativ hohem Verschleiß enthalten. Die Ermüdung der Rückstellfeder verlangsamt den Schließvorgang. Bei Federbruch fällt das Ventil ganz aus, wobei das defekte Ventil den Durchfluss im allgemeinen frei gibt. Die durch ausgereifte Konstruktionen erreichte Lebensdauer genügt den Anforderungen bei der Lösung herkömmlicher Aufgaben. Für den Einsatz in einer Zweipunktregelung mit hoher Schaltfrequenz, beispielsweise bei einer Überhitzungsregelung mit Zweipunktregler, sind diese Ventile nicht geeignet. Ein anderes Vorsteuerventil für Hauptventile ist für hohe Schalthäufigkeiten mit verschleißarmen Konstruktionselementen aufgebaut. Anstelle der üblichen Rückstellfeder ist ein Dauermagnet eingesetzt. Das Ventil ist zur Lösung der Aufgabe ungeeignet, weil zur Vervollständigung noch ein Hauptventil notwendig wäre und die erforderliche Hilfsenergie in Form von Druckluft beispielsweise bei Kälteanlagen und Wärmepumpen nicht zur Verfügung steht. Ein geeignetes Hauptventil ist nicht bekannt. Die Erweiterung der Ausrüstung mit einer Druckluftanlage ist ökonomisch nicht vertretbar.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein einfaches Stellventil mit Zweipunktverhalten zu schaffen, um eine hohe Schalthäufigkeit ohne Ermüdungserscheinungen oder Ausfall des Ventils zu erreichen. Die Herstellung des Stellventils, das ein Minimum an Bauteilen aufweist, soll technologisch ohne Schwierigkeiten vor sich gehen. An die Dichtheit in Schließstellung werden keine Anforderungen gestellt.

Aufgabe der Erfindung ist ein Stellventil mit Zweipunktverhalten mit hoher Schalthäufigkeit, wobei das Ventil elektrisch angesteuert werden soll, ohne weitere Hilfsenergie zu benötigen. Bei einem Ausfall soll das Ventil in geschlossener Stellung verbleiben oder in Schließstellung übergehen. Erfindungsgemäß befindet sich zwischen einem Dauermagneten und einem Elektromagneten der Ventilkörper. Dabei ist der Elektromagnet leistungsstärker als der Dauermagnet. Das Ventilkörpergehäuse besitzt einen horizontalen Flüssigkeitskanal, durch den das Medium transportiert wird. Weiterhin weist der Ventilkörper eine erste vertikale, durch den Flüssigkeitskanal führende Bohrung auf, in der ein Steuerkolben mit zwei Erhebungen geführt wird. Eine zweite vertikale, ebenfalls durch den Flüssigkeitskanal führende Bohrung, nimmt einen Arbeitskolben auf. Diese beiden Bohrungen sind jeweils durch einen oberhalb und unterhalb des Flüssigkeitskanals befindlichen Steuerkanal verbunden. Der Steuerkolben wird mittels Führungsbuchsen in der ihm zugehörigen Bohrung einerseits oberseitig in den Elektromagneten und unterseitig in den Dauermagneten geführt. An den Enden der den Arbeitskolben aufnehmenden Bohrung sind Anschlagbolzen angeordnet. Von der Bohrung des Steuerkolbens verläuft jeweils ein oberhalb und unterhalb der Steuerkanäle ausgehender Verbindungskanal in einen in gleicher Höhe des Flüssigkeitskanals befindlichen horizontalen Verbindungskanal, der auf der Ausgangsseite bzw. der Niederdruckseite des Ventilkörpers in den Flüssigkeitskanal mündet.

Die Erhebungen am Steuerkolben weisen den gleichen Abstand auf, wie der Abstand der beiden Steuerkanäle, so dass die Erhebungen die Steuerkanäle wechselseitig schließen. Zwischen den Führungsbuchsen und den Ventilkörpergehäuse, sowie zwischen den Anschlagbolzen und den Ventilkörper befinden sich Dichtungen, die aus einem flüssigkeitsbeständigen,
<NichtLesbar>

Stoff bestehen.

Die funktionsweise des Stellventils wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: den Schnitt durch das Stellventil

Fig. 2: den Schnitt A-A durch das Stellventil ohne Magneten

Fig. 3 den Schnitt B-B durch das Gehäuse des Stellventils

Dazu erfolgt die Beschreibung der Funktionsweise des Stellventils in einem Kältemittelkreislauf.

Zur Erreichung der Schließstellung zieht der Dauermagnet 2 den Steuerkolben 3 in die in Fig. 1 dargestellte untere Lage. Die untere Erhebung 12 des Steuerkolbens 2 öffnet den Zugang zum Steuerkanal 5.2, während die obere Erhebung 12 den Zugang zum Steuerkanal 5.1 sperrt. Dadurch wirkt der am Kältemittelkanal 4 des Gehäuses 1 anliegende Kondensationsdruck über den Steuerkanal 5.2 von unten auf den Arbeitskolben 6 mit Drosselstelle. Der Arbeitskolben 6 wird in Schließstellung gebracht und schlägt dabei an den Anschlagbolzen 11 an. Der Druck oberhalb des Arbeitskolbens 6 wird über die den Steuerkolben 3 aufnehmende Bohrung, den Steuerkanal 5.1 und den Verbindungskanal 7.1 und 7.3 zur Niederdruckseite zum Kältemittelkanal 4 abgebaut. Zum Öffnen des Stellventils wird eine elektrische Spannung an den Elektromagneten 8 angelegt. Der Elektromagnet 8 übt eine größere Kraft als der Dauermagnet 2 auf den Steuerkolben 3 aus. Die Kraftdifferenz bewegt den Steuerkolben 3 durch die Buchsen 10 in die obere Lage. Dabei öffnet die obere Erhebung 12 des Steuerkolbens 3 den Zugang zum Steuerkanal 5.1, während die untere Erhebung 12 den Zugang zum Steuerkanal 5.2 schließt. Jetzt wirkt der Kondensationsdruck des Kältemittelkanals 4 über den Steuerkanal 5.1 auf die obere Seite des Arbeitskolbens 6 und bewegt diesen in Öffnungsstellung. Der Druck auf der Gegenseite des Arbeitskolbens bau sich über die den Steuerkolben 3 aufnehmende Bohrung, den Steuerkanal 5.2 und den Verbindungskanal 7.2 und 7.3 zur Niederdruckseite ab. Die Dichtungen 9 aus einem kältemittelbeständigen Material gewährleisten eine Abdichtung zwischen Ventilkörpergehäuse 1 und den Buchsen 10 und Anschlagbolzen 11.

Durch den Dauermagneten 2 wird das Ventil im Havariefall geschlossen. Membranen und Federn sind nicht erforderlich. Die Genauigkeitsansprüche sind nicht sehr hoch, da keine hohen Forderungen an die Dichtheit gestellt werden. Das im Kältemittelkreislauf befindliche Öl gewährleistet eine ausreichende Versorgung der Gleitflächen. Der Aufbau garantiert eine hohe Lebensdauer des Ventils.

Claims (2)

1. Stellventil mit Zweipunktverhalten und elektrisch betätigter Vorsteuereinrichtung, gekennzeichnet dadurch, dass zwischen einem Dauermagneten (2) und einem leistungsstärkeren Elektromagneten (8) ein einen horizontalen Flüssigkeitskanal (4) aufweisender Ventilkörper (1) angeordnet ist, der eine vertikale, durch den Flüssigkeitskanal (4) führenden Bohrung zur Führung eines Steuerkolbens (3) und eine weitere vertikale, ebenfalls durch den Flüssigkeitskanal (4) führende, einen Arbeitskolben mit Drosselstelle (6) aufnehmende Bohrung besitzt, wobei die beiden Bohrungen jeweils durch einen oberhalb und unterhalb des Flüssigkeitskanals (4) befindlichen Steuerkanal (5.1; 5.2) verbunden sind und dass der Steuerkolben (3) mittels Buchsen (10) in die Magneten (2; 6) geführt wird, dass Anschlagbolzen (11) an den Enden der den Arbeitskolben (6) aufnehmenden Bohrung angeordnet sind und dass von der Bohrung des Steuerkolbens (3) je ein oberhalb und unterhalb der Steuerkanäle (5.1; 5.2) ausgehender Kanal (7.1; 7.2) mit einem in gleicher Höhe des Flüssigkeitskanals (4) verlaufenden horizontalen Verbindungskanal (7.3) verbunden sind, der auf der Ausgangsseite des Ventilkörpers in den Flüssigkeitskanal (4) mündet.

2. Stellventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Steuerkolben (3) die Steuerkanäle (5.1; 5.2) wechselseitig schließende Erhebungen (12) aufweist.