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Dokumentenidentifikation EP1164324 09.06.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001164324
Titel Bistabiles Ventil
Anmelder UST Umweltsensortechnik GmbH, 98716 Geschwenda, DE
Erfinder Kiesewetter, Olaf Dr., 98716 Geschwenda, DE;
Robertz, Markus, 65396 Walluf, DE;
Fahrenbach, Ralf, 98716 Geschwenda, DE
DE-Aktenzeichen 50102180
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 11.06.2001
EP-Aktenzeichen 011141199
EP-Offenlegungsdatum 19.12.2001
EP date of grant 06.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2004
IPC-Hauptklasse F16K 31/56

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten von Gasströmen mit einem beweglichen Ventilkörper, der mit einer an einem Gehäuse angebrachten verschließbaren Öffnung gekoppelt ist und durch eine Membran betätigt wird, welche mit dem Druck des zu steuernden Gasstromes beaufschlagt ist.

Ventilanordnungen mit denen Gasströme geschaltet werden können, sind in vielfältigen Ausführungen bekannt.

Die in vielen Bereichen der Technik fortschreitende Miniaturisierung hat zur Folge, dass an die in miniaturisierten Baugruppen einsatzbaren Steuereinrichtungen hohe Anforderungen gestellt werden. Zu diesen Forderungen gehören insbesondere die Herstellung von robusten, preiswerten und einfachen Einrichtungen, die kostengünstig als Massenartikel hergestellt werden können und zuverlässig arbeiten.

Eine für viele Anwendungsfälle wichtige Forderung ist dabei auch, dass die Ventilanordnungen ohne Zuhilfenahme äußerer Energie ein gasförmiges Medium in Abhängigkeit von seinem Druck oder seiner Strömung schalten kann. Dabei soll eine geringe und definiert einstellbare Schalthysterese gewährleistet sein. Unter Schalthysterese wird hierbei die Druckdifferenz zwischen den Druck beim Öffnen und beim Schließen der Schalteinrichtung verstanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die miniaturisierungsfreundlich ist und eine geringe und definiert festlegbare Schalthysterese aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, welche die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ermöglicht die Anordnung einer Schalteinrichtung in einem rotationssymmetrischen Gehäuse mit geringem Durchmesser, wobei die Vorrichtung sich durch eine einstellbare Schalthysterese auszeichnet.

Damit gestattet die Vorrichtung sowohl den maximale Öffnungsdruck definiert einzustellen und außerdem den minimalen Schließdruck über eine die Hysterese beeinflußende Stellmöglichkeit zu regulieren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Figur 1
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2
die perspektivische Schnittansicht einer rotations-Symmetrischen Ausführungsform
und Figur 3
eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ausführung gemäß Figur 2.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Anordnung nutzt einen beweglichen Dichtungs- und Strömungsbegrenzungsstift als Regelelement, der durch eine Federwirkung von äußeren Stahlzungen in zwei durch Endansschläge definierte Schaltzustände geschaltet wird. Das System weist zwei durch eine Justiermöglichkeit veränderbare stabile Schaltzustände auf.

Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass die Vorrichtung als rotationssystemmetrische kleine Ventilform mit einstellbarer Hysterese und Maximaldruck realisiert werden kann. Dabei ist der Ventilkörper 2 beweglich an einer Membran aufgehängt und kann relativ zum Außenkörper verschoben werden, wobei über die Feder 7 und die Schraube 6 die maximale Öffnungskraft und über die Justierschraube 6 die Hysterese, d. H. das Spiel des Stößels 5 eingestellt wird. Für die Änderung des Schaltzustandes wird keine zusätzliche Steuerungsenergie benötigt.

Die in Figur 1 schematisch dargestellte Anordnung besteht aus einem Gehäuse 1, das in Form eines Hohlzylinders gestaltet ist. Das Gehäuse 1 ist unten von einer elastischen Membran 4 verschlossen. An der elastischen Membran 4 ist der Ventilkörper 2 befestigt. Die elastische Membran 4 und der Ventilkörper 2 weisen eine gemeinsame Öffnung auf, die die Einströmöffnung E für das Gas bildet. Die Einströmöffnung E wird von einem linear beweglichen Stößel 5 verschlossen, wobei der Stößel nach oben beweglich ist und in seiner oberen Stellung die Einströmöffnung freigibt. Durch das Verhältnis von Durchmesser der Öffnungsbohrung 2.1 und Ventistößelstift 5.1 wird die Strömungsmenge begrenzt, so dass durch Veränderung der Abmessungen dieser Bauteile die Strömungsmenge definiert beeinflusst werden kann. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Strömungsmenge besteht durch die Veränderung der porösen Scheiben der Staubfilter 9, z.B. Durch die Wahl unterschiedlicher Bohrungsgrößen.

Der Stößel 5 ist über das Federelement 3 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das Federelement 3 weist Zungen 3.1 und Sprungfedern 3.2 auf, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, und ermöglicht damit eine translatorische Bewegung des Stößels 5. Dabei wird die Bewegung durch die Sprungfedern 3.2 entweder in eine obere oder eine untere Endstellung zwangsgeführt. Nur in diesen beiden Endstellungen nimmt der Stößels 5 eine stabile Lage ein. Mit Hilfe der Justierschraube 6 kann der Hub des Stößels 5 eingestellt werden. Im Ventilkörper 2 befinden sich Öffnungen, durch die das Federelement 3 ragt. Der Ventilkörper 2 wird durch eine Druckfeder 7 nach unten gedrückt und liegt somit mit einer Vorspannung auf der Membran 4 auf oder ist mit dieser fest verbunden. Diese Vorspannung ist mit Hilfe der Krafteinstellschraube 8 einstellbar.

Der zu schaltende Gasstrom befindet sich unterhalb der Membran 4. Dabei verschließt der am Stößel 5 angearbeitete Ventilstößelstift 5.1 die Öffnungsbohrung 2.1. Steigt der Druck des Gasstromes an, dann bewegt sich die Membran 4 mit dem Ventilkörper 2 nach oben und nimmt damit den Stößel 5 soweit mit bis dieser aus seiner unteren stabilen Lage in die obere stabile Lage schnappt. Dies erfolgt sprungartig an einer nur vom Druck abhängigen Position. Die obere Lage wird durch die Justierschraube 6 definiert begrenzt. Befindet sich der Stößel 5 in der oberen Lage ist die Einströmöffnung freigegeben und der Gasstrom kann über den Ventilkörper 2 in das Gehäuse 1 einströmen. Durch die Ausströmöffnungen A tritt der Gasstrom wieder aus dem Gehäuse aus. Unterschreitet der Gasdruck in dem Raum unterhalb der Membran 4 einen gewissen Schwellenwert, dann bewegt sich die Membran 4 soweit nach unten, dass der mit ihr bewegte Stößel 5 wieder aus seiner stabilen oberen Lage in die stabile untere Lage springt und damit die Einlassöffnung wieder verschlossen wird.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine weitere konstruktive Ausführungsform in einer rotationssymmetrischen Anordnung. Hierbei besteht das Gehäuse 1 aus einem Gehäuseoberteil 1.1 und einem Gehäuseunterteil 1.2. An der in Form einer deformierten Kreisschreibe ausgebildeten Membran 4 ist der Ventilkörper 2 befestigt. Im Inneren des Ventilkörpers 2 ist der Stößel 5 axial verschiebbar angeordnet. Der Stößel 5 ist mit dem Federelement 3 fest verbunden. Das Federelement 3 weist einen äußeren Ring auf, der zwischen Gehäuseoberteil 1.1 und Gehäuseunterteil 1.2 eingeklemmt ist. Die Einklemmung erfolgt dabei über einem Abstimmring 10, mit dem der Abstand von 1.1 und 1.2 verändert werden kann, und damit der Hub des Stößels 5 verändert werden kann. Der äußere Ring des Federelements 3 ist mit drei Zungen 3.1 verbunden, an denen Sprungfedern 3.2 angeordnet sind. An den inneren Enden der Sprungfedern 3.2 ist der Stößel 5 befestigt. Die auf die Membran 4 über den Ventilkörper 2 wirkende Kraft wird von der Schraubenfeder 7 erzeugt, wobei die Vorspannung der Schraubenfeder 4 durch die Krafteinstellschraube 4 verändert werden kann. Der Lufteintritt im oberen Bereich erfolgt durch das poröse Einlassstaubfilter 9.1 und der Luftaustritt A im unteren Bereich durch das poröse Auslassstaubfilter 9.2.

BEZUGSZEICHENLISTE

1
Gehäuse
1.1
Gehäuseoberteil
1.2
Gehäuseunterteil
2
Ventilkörper
2.1
Ventilöffnungsbohrung
3
Federelement
3.1
Zungen
3.2
Sprungfeder
4
Membran
5
Stößel
5.1
Ventilstößelstift
6
Justierschraube
7
Druckfeder
8
Krafteinstellschraube
9
Staubfilter
9.1
Einlaßfilter
9.2
Auslaßfilter
10
Abstimmring
A
Ausströmöffnung
E
Einströmöffnung


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Schalten von Gasströmen mit einem beweglichen Ventilkörper (2), der mit einer an einem Gehäuse (1) angebrachten verschließbaren Öffnung gekoppelt ist und durch eine Membran (4) betätigt wird, welche mit dem Druck des zu steuernden Gasstromes beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (2) mit der Membran (4) verbunden ist und der Ventilkörper (2) eine Öffnung aufweist, die mit einem Stößel (5) verschließbar ist, wobei der Stößel (5) an einem Federelement (3) im Gehäuse (1) so federnd angeordnet ist, dass er eine Sprungeinrichtung bildet und zwei Endlagen einnehmen kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilkörper (2) eine Justiereinrichtung angeordnet ist, mit der die Hubbewegung des Stößels (5) einstellbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung des Stößels (5) durch eine Stellschraube (6) einstellbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung des Stößels (5) durch einen Abstimmring (10) einstellbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) ein ringförmiges Randteil aufweist, an dem radial nach innen ragenden Zungen (3.1) angeordnet sind, die jeweils ein Ende einer Druckfeder (3.2) tragen und am anderen Ende der Druckfedern (3.2) der Stößel (5) befestigt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Durchflußmenge des Gases bestimmende Verhältnis von Durchmesser der Ventilöffnungsbohrung (2.1) und Ventilstößelstift (5.1) veränderbar ist.






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