PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202004016750U1 17.03.2005
Titel Ventilanordnung, sowie mit einer derartigen Ventilanordnung versehene Kühleinrichtung
Anmelder HUPFER Metallwerke GmbH & Co. KG, 48653 Coesfeld, DE
Vertreter Habbel & Habbel, 48151 Münster
DE-Aktenzeichen 202004016750
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 17.03.2005
Registration date 10.02.2005
Application date from patent application 28.10.2004
IPC-Hauptklasse F16K 31/02

Beschreibung[de]

Die Neuerung betrifft eine Ventilanordnung, bei welcher ein beweglicher Ventilkörper mittels einer Steuerung in eine seiner beiden Endstellungen gebracht werden kann, also in eine Schließstellung oder in eine Offenstellung, und bei welcher der Ventilkörper diese Endstellung dann ohne weitere Beeinflussung durch die Steuerung selbsttätig beibehält.

Im Gegensatz hierzu sind Ventilanordnungen ohne eine eigens vorgesehene Steuerung bekannt, bei denen der Ventilkörper in Abhängigkeit von Umgebungsparametern seine Stellung verändert. Beispielsweise ist dies von Rückschlag- oder Überdruckventilen bekannt, die druckabhängig öffnen oder schließen, sowie weiterhin von Ventilen, die beispielsweise mittels Bimetallstreifen, Ausdehnungskörpern aus Wachs od. dgl. temperaturabhängig öffnen oder schließen.

Eine durch eine Steuerung beeinflußbare Ventilanordnung bietet demgegenüber vorteilhaft die Möglichkeit, auch bei lediglich geringfügiger Änderung der Umgebungsparameter, die beispielsweise für eine selbsttätige Beeinflussung des Ventils nicht ausreichen würden, oder lediglich zeitabhängig das Ventil zu öffnen oder zu schließen, nämlich mittels der vorgesehenen Steuerung.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige, mittels einer Steuerung beeinflußbare Ventilanordnung zu schaffen, die mit einem möglichst geringen Maß an elektrischer Energie auskommt.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Neuerung schlägt mit anderen Worten ein in seinen beiden Endstellungen selbsthaltendes Ventil vor, bei welchem also der Ventilkörper sowohl in der Offenstellung als. auch in der Schließstellung dauerhaft verbleibt.

Hierzu sind permanent wirkende Kraftelemente vorgesehen, beispielsweise Federn, gegen deren Wirkung der Ventilkörper aus seiner jeweiligen Endstellung gelöst werden kann und die somit durch ihre Krafteinwirkung den Ventilkörper in der jeweiligen Endstellung halten. Anstelle von Federn sind beispielsweise auch Permanentmagnete als derartige permanent wirkende Kraftelemente verwendbar.

Der Impuls, seine jeweilige Endstellung zu verlassen und in die jeweils andere Endstellung zu gelangen, erfolgt durch ein lediglich zeitweise wirkendes Kraftelement. Dieses Kraftelement kann berührungslos arbeiten, wie beispielsweise ein Elektromagnet, oder es kann als schwenkbarer Nocken bzw. längsbeweglicher Stößel- nachfolgend wird vereinfachend und stellvertretend stets nur von einem Stößel die Rede sein – durch mechanischen Kontakt mit dem Ventilkörper auf diesen einwirken.

In sämtlichen Fällen kann der Ventilkörper aus seiner jeweiligen Endstellung mit Hilfe des lediglich zeitweise wirkenden Kraftelementes unter Überwindung der Selbsthaltekräfte gelöst werden, so dass der Ventilkörper in den Einflußbereich des jeweils anderen permanent wirkenden Kraftelementes gelangt, welches den Ventilkörper dann in seiner jeweils anderen Endstellung hält, so dass nunmehr die Energiezufuhr zu dem lediglich zeitweise wirksamen Kraftelement unterbrochen bzw. abgeschaltet werden kann und ohne Zufuhr weiterer Energie die Ventilanordnung ihre nun eingenommene Stellung beibehält.

Das lediglich zeitweise wirkende Kraftelement wird durch Zufuhr eines vergleichsweise kurzen, impulsartigen Stromflusses aktiviert, so dass es – über die gesamte Betriebsdauer der Ventilanordnung gesehen – vergleichsweise wenig elektrische Energie verbraucht.

Insbesondere kann eine derartige Ventilanordnung vorteilhaft im Bereich von transportablen bzw. mobilen Kühleinrichtungen angewendet werden, so dass diese unabhängig vom Stromnetz funktionsfähig sind. Dabei ist es bekannt, mit Hilfe sogenannter Absorbertechnologien Kühleinrichtungen unabhängig von einer äußeren Energiezufuhr zu betreiben. Beispielsweise kann ein Zeolithwerkstoff als Feststoffabsorber mit Wasser zusammenwirken. Durch die intensiv wirkende Verdunstungskälte des Wassers kann eine schlagartige, starke Kühlwirkung erzielt werden.

Mittels der vorgeschlagenen Ventilanordnung kann diese Kühlwirkung dosiert werden, derart, dass lediglich intervallweise gekühlt und lediglich ein Teil der gesamten Kühlleistung genutzt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Tabletttransportwagen, auf dem tablettweise einzelne Mahlzeiten bereitgehalten werden, über einen längeren Zeitraum innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches gehalten werden. Die einzelnen Mahlzeiten können in einer zentralen Küche bereitet werden und der mit diesen Mahlzeiten bestückte Tablettwagen kann dann von der zentralen Küche zu seinem vorgesehenen Einsatzort verfahren werden, beispielsweise zu einer Station in einem Krankenhaus. Durch die Kühlwirkung ist sichergestellt, dass die Speisen lebensmittelrechtlich unbedenklich gelagert werden können. Erst kurz vor der Ausgabe der Speisen können diese erhitzt werden, wenn die Ausgabe erhitzter Speisen vorgesehen ist.

Die intervallweise mögliche Kühlung des Speisentransportwagens, also der mit einer vorgeschlagenen Ventilanordnung versehenen Kühleinrichtung, ermöglicht das Einhalten der Temperatur im Inneren dieser Kühleinrichtung in einem vorgegebenen Toleranzbereich. Es muß also nicht beispielsweise stark heruntergekühlt werden, beispielsweise bis unterhalb des Gefrierpunktes, um mittels einer derartigen Temperaturabsenkung sicherzustellen, dass bis zur Speisenausgabe eine zuträgliche Maximaltemperatur im Inneren der Kühleinrichtung nicht überschritten wird. Vielmehr kann vorschlagsgemäß durch das mehrfache intervallweise Betätigen der Ventilanordnung jeweils lediglich eine Teilleistung der insgesamt verfügbaren Kühlleistung des Feststoffabsorbers aktiviert bzw. abgerufen werden.

Dabei ist vorteilhaft, dass nur in sehr begrenztem Maße elektrische Energie benötigt wird: Die hauptsächlich benötigte Energiemenge, nämlich für die Kühlleistung, wird ohne Elektrizität durch die Feststoff-Absorber-Kühlung bereitgestellt. Lediglich eine kleine elektrische Energiemenge muß jeweils zur Aktivierung des lediglich zeitweise wirkenden Kraftelementes bereitgestellt werden, um den jeweiligen Umschaltvorgang des Ventils zu bewirken und dieses von seiner Schließstellung in die Offenstellung oder umgekehrt umzuschalten. Da hierfür jeweils ein vergleichsweise kurzzeitig bemessener elektrischer Impuls erforderlich ist, kann ein dementsprechend klein bemessener elektrischer Energiespeicher in der mobilen bzw. transportablen Kühleinrichtung verwendet werden, beispielsweise ein Akkumulator, der wenig Bauraum benötigt und ein lediglich geringes Eigengewicht aufweist, was für die Platzausnutzung sowie die Handhabbarkeit der Kühleinrichtung vorteilhaft ist.

Die berührungslose Funktionsweise des lediglich zeitweise wirkenden Kraftelementes, wenn es beispielsweise als Elektromagnet ausgestaltet ist, ermöglicht problemlos, dieses Kraftelement luftdicht von dem Strömungskanal zu trennen, den das Ventil wahlweise öffnet oder unterbricht. Falls das lediglich zeitweise wirkende Kraftelement jedoch nicht berührungslos arbeitet, sondern beispielsweise als Stößel ausgestaltet ist und den Ventilkörper mechanisch kontaktiert, so können vorteilhaft sämtliche beweglichen Bauteile des lediglich zeitweise wirkenden Kraftelementes zusammen mit dem Ventilkörper innerhalb eines luftdichten Gehäuses angeordnet sein, welcher ggf. mit dem Strömungskanal strömungsmäßig kommuniziert. Die Energieversorgung kann vorzugsweise mittels eines Energiespeichers erfolgen und beispielsweise in Form eines Akkumulators oder Kondensators ausgestaltet sein, welcher vorzugsweise ebenfalls innerhalb dieses Gehäuses angeordnet ist, so dass keine die Dichtheit des Gehäuses beeinträchtigenden Durchbrüche für elektrische Zuleitungen erforderlich sind. Die Aufladung des Energiespeichers kann vorteilhaft berührungslos erfolgen, beispielsweise induktiv, so dass sie bei geschlossenem Gehäuse erfolgen kann. Insbesondere ist durch die Verwendung eines Energiespeichers die Abgabe vergleichsweise hoher elektrischer Energie innerhalb kurzer Zeit möglich, während die Aufladung des Energiespeichers mittels vergleichsweise geringer elektrischer Energie innerhalb eines längeren Zeitraums erfolgen kann, also beispielsweise berührungslos, ohne elektrische Zuleitungen oder Kontakte, welche potentielle Gefahrenstellen für die Dichtheit des erwähnten Gehäuses darstellen..

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind in den Unteransprüchen beschrieben, deren Inhalt zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird nachfolgend näher erläutert.

Eine Ventilanordnung weist ein Rohr auf, in welchem umfangsmäßig drei Fenster vorgesehen sind. Das Rohr wird durch einen Ventilkopf verschlossen, welcher tellerartig ausgestaltet ist und ein elastisches Dichtungselement in Form eines Dichtringes trägt. In die Wandung des Rohres ist ein Absatz eingefräst, welcher eine Dichtfläche bildet, wobei diese Dichtfläche den Dichtsitz für den Ventilkopf bildet.

Der Ventilkopf ist Teil eines insgesamt beweglichen Ventilkörpers, wobei der Ventilkörper außer dem Ventilkopf einen Schaft aufweist. Der Ventilkopf ist mit dem Schaft mittels einer Schraube verschraubt, unter Zwischenschaltung und Komprimierung zweier elastischer Elemente in Form von zwei O-Ringen. Diese O-Ringe dienen einerseits zur Abdichtung, und dienen andererseits zum Toleranzausgleich: Wenn die Länge des Ventilkörpers aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügig geändert und angepaßt werden soll, kann dies mittels der Schraube erfolgen, da hierdurch der Kompressionsgrad der beiden elastischen Elemente beeinflußt werden kann und somit die Länge zwischen dem äußersten Ende des Schaftes 8 und dem elastischen Dichtungselement, also der wirksamen Dichtfläche des Ventilkopfes, beeinflußt werden kann.

Durch den Druck einer Druckfeder wird der Ventilkörper in seiner Schließstellung gehalten.

Gegen den Druck der Druckfeder kann der Ventilkörper verschoben werden und eine Offenstellung einnehmen, in welcher eine strömungsdurchlässige Verbindung zwischen dem Inneren des Rohres und den Fenstern geschaffen wird. In dieser Offenstellung wird der Ventilkörper durch einen Dauermagneten gehalten, gegen die Wirkung der dann komprimierten Druckfeder.

Die Umschaltvorgänge des Ventils werden mittels eines Elektromagneten bewirkt, welcher je nach seiner elektrischen Ansteuerung den Ventilkörper entweder anzieht oder abstößt. Mit Hilfe dieses Elektromagneten können daher die Haltekräfte sowohl der Druckfeder, die den Ventilkörper in seiner Schließstellung hält, als auch des Dauermagneten überwunden werden, welcher den Ventilkörper in seiner Offenstellung hält. Die Ventilanordnung benötigt also lediglich impulsweise kurzfristige elektrische Energiezufuhr, nämlich zum Elektromagneten, um einen Umschaltvorgang des Ventils auszulösen und stellt ansonsten sicher, dass das Ventil auch im stromlosen Zustand seine eingenommene Ventilstellung, nämlich die Offenstellung oder die Schließstellung, selbsttätig beibehält.

Insbesondere vorteilhaft kann die Ventilanordnung im Rahmen einer Kühleinrichtung verwendet werden, wobei das Rohr zu einem Feststoff-Absorber führt, beispielsweise zu einem Zeolith-Granulat. Die Fenster hingegen stehen mit einem Verdampfer in Verbindung, welcher beispielsweise Wasser enthält. Die Öffnung des Ventils kann vorzugsweise durch eine Steuerung erfolgen, so dass intervallweise ein Anteil der Kühlleistung abgerufen wird, deren Maximalleistung durch die Menge von Zeolith und Wasser vorgegeben ist. Im übrigen erfolgt eine automatische Öffnung des Ventils spätestens dann, wenn bei der Regenerierung der Kühleinrichtung der Sorber aufgeheizt wird und dementsprechender Dampfdruck im Bereich dieses Sorbers und im Rohr vorliegt, so dass eine Beschädigung der Kühleinrichtung oder der Ventilanordnung durch den sich einstellenden Dampfdruck ausgeschlossen ist und die Ventilanordnung eine Sicherheitsschaltung darstellt, die auch ohne Einflußnahme durch die Steuerung ein automatisches Öffnen des Ventils bei entsprechenden sorberseitigen Dampfdrücken sicherstellt.

Bei der Ventilanordnung ist eine Flanschplatte vorgesehen, die ein etwa becherförmiges Gehäuse zum Rohr hin abschließt, wobei das Gehäuse einen Teil des Schaftes aufnimmt sowie die beiden Dauer- bzw. Elektro-Magnete, und wobei das Gehäuse weiterhin eine elektrische Anschlußfläche trägt, mit den elektrischen Kontakten zum Anschluß einer elektrischen Energieversorgung für den Elektromagneten.


Anspruch[de]
  1. Ventilanordnung,

    mit einem Strömungskanal für ein Fluid,

    einem Ventilkörper,

    und einer Dichtfläche,

    wobei der Ventilkörper längsbeweglich gelagert ist zwischen einer ersten Endstellung, in welcher er eine den Strömungskanal unterbrechende und der Dichtfläche anliegende Schließstellung einnimmt und einer zweiten Endstellung, in welcher er eine den Strömungskanal freigebende und von der Dichtfläche beabstandete Offenstellung einnimmt,

    und wobei der Ventilkörper in diesen beiden Endstellungen von jeweils einem andauernd wirksamen Kraftelement – wie einer Feder oder einem Permanentmagneten – gehalten wird,
  2. und mit jeweils einem lediglich zeitweise wirksamen Kraftelement – wie einem Elektromagneten oder einem motorisch betätigten Element -, welcher den Ventilkörper aus seiner jeweiligen Endstellung löst.
  3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromagnet als zeitweise wirksames Kraftelement vorgesehen ist, welches in einer Endstellung auf den Ventilkörper einwirkt.
  4. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein umpolbarer Elektromagnet in beiden Endstellungen auf den Ventilkörper einwirkt.
  5. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromotorisch betätigter Stößel als zeitweise wirksames Kraftelement vorgesehen ist, welches in einer Endstellung auf den Ventilkörper einwirkt.
  6. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Feder, welche als permanent wirkendes Kraftelement den Ventilkörper gegen die Dichtfläche drückt.
  7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten, welcher als permanent wirkendes Kraftelement den Ventilkörper in seiner Offenstellung hält.
  8. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Gekennzeichnet, dass der Ventilkörper im wesentlichen pilzförmig ausgestaltet ist, mit einem in seiner Bewegungsrichtung axial verlaufenden Schaft und einem sich demgegenüber radial erstreckenden Ventilkopf.
  9. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft den Anker für den Elektromagneten bildet.
  10. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, gekennzeichnet durch einen sich radial vom Schaft nach außen erstreckenden Vorsprung, welcher mit dem Permanentmagneten zusammenwirkt.
  11. Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkopf als separates Bauteil ausgestaltet und mit dem Schaft verbunden ist.
  12. Ventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schaft und Ventilkopf wenigstens ein elastisches Element angeordnet ist, und der Ventilkopf mit dem Schaft unter Komprimierung dieses elastischen Elementes verschraubt ist.
  13. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilkörper oder an der Dichtfläche ein elastisches Dichtungselement vorgesehen ist, welches in der Schließstellung des Ventilkörpers dem jeweils anderen Bauteil abdichtend anliegt.
  14. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Bauteile der Ventilanordnung innerhalb eines luftdichten Gehäuses angeordnet sind, welches luftdicht an den Strömungskanal anschließt.
  15. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 2 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und auf den innerhalb des Gehäuses angeordneten Ventilkörper einwirkt.
  16. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 4 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses folgende Bauteile angeordnet sind:

    der Stößel und der Ventilkörper, auf welchen der Stößel einwirkt,

    ein dem Stößel zugeordneter elektrischer Antriebsmotor,

    und ein Speicher für elektrische Energie, welcher wirksam mit dem Antriebsmotor verbunden ist,

    und dass außerhalb des Gehäuses Anschlussmittel zur drahtlosen – wie induktiven – Übertragung von elektrischer Energie angeordnet sind, derart, dass der Energiespeicher durch das unterbrechungsfreie Gehäuse hindurch aufladbar ist.
  17. Kühleinrichtung, mit einem Feststoffabsorber – wie Zeolith – und einer Flüssigkeit – wie Wasser,

    gekennzeichnet durch eine Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

    sowie durch eine Steuerung, welche die Ventilanordnung ansteuert, derart, dass der Ventilkörper steuerungsabhängig seine Offenstellung oder seine Schließstellung einnimmt,

    wobei die Steuerung jeweils lediglich zeitlich kurz bemessen die Zufuhr elektrischer Energie zu dem lediglich zeitweise wirksamen Kraftelement freischaltet.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com