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Ventilanordnung für Getränkeabfüllanlagen - Dokument DE102005023794A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005023794A1 23.11.2006
Titel Ventilanordnung für Getränkeabfüllanlagen
Anmelder EBE Elektro-Bau-Elemente GmbH, 70771 Leinfelden-Echterdingen, DE
Erfinder Bierbrauer, Franz A., 66773 Schwalbach, DE;
Demuth, Michael, 70435 Stuttgart, DE;
Heydel, Adolf, 71111 Waldenbuch, DE;
König, Horst Rudolf W., 72124 Pliezhausen, DE
Vertreter Patentanwalts-Partnerschaft Rotermund + Pfusch + Bernhard, 70372 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 19.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005023794
Offenlegungstag 23.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.11.2006
IPC-Hauptklasse F16K 31/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Innerhalb einer von der Ventilanordnung gesteuerten Fluidleitung ist der Anker einer Hubmagnetanordnung angeordnet, deren Erregerwicklung außerhalb der Fluidleitung angeordnet ist. Zusätzlich sind zur Hubregelung dienende Sensoranordnungen mit innerhalb der Fluidleitung und außerhalb der Fluidleitung angeordneten Teilen vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere für Getränkeabfüllanlagen, mit einer zur Ventilbetätigung dienenden Hubmagnetanordnung, deren mit dem Schließkörper der Ventilanordnung verbundener Anker innerhalb und deren mit dem Anker zu dessen Verstellung zusammenwirkende Erregerwicklung außerhalb einer vom Schließkörper gesteuerten Fluidleitung angeordnet ist.

Eine derartige Ventilanordnung wird in der DE 100 56 364 A1 dargestellt. Vorteilhaft ist, dass Anker und Erregerwicklung berührungsfrei miteinander zusammenwirken und dementsprechend zur Betätigung des Schließkörpers keinerlei Antriebsteile notwendig werden, die die Wandung der vom Schließkörper gesteuerten Fluidleitung durchdringen und an den zugehörigen Öffnungen der Wandung entsprechend abgedichtet sein müssen. Da außerdem der gesamte Fluidbereich der Ventilanordnung bei geöffnetem Ventil durchströmt wird, das heißt keinerlei Toträume aufweist, lässt sich die Ventilanordnung besonders leicht reinigen und sauber halten.

Des Weiteren ist vorteilhaft, dass hohe Schaltgeschwindigkeiten erreichbar sind und große Fluidströme bei geöffneter Ventilanordnung zugelassen werden können. Damit sind alle Voraussetzungen für den Einsatz in Getränkeabfüllanlagen mit großer Leistung gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Steuerverhalten der Ventilanordnung zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine zur Hubregelung dienende Hubsensoranordnung mit zumindest einem ein Magnetfeld verlagernden ankerseitigen Teil innerhalb und einer auf die Verlagerung des Magnetfeldes reagierenden Anordnung außerhalb der Fluidleitung vorgesehen ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Hubbewegung des Schließkörpers, insbesondere beim Öffnungshub zu regeln und dafür berührungsfrei miteinander zusammenwirkende und durch die Wandung der Fluidleitung voneinander getrennte Elemente vorzusehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist außerhalb der Fluidleitung ein zur Fluidleitung konzentrischer Differentialtransformator und innerhalb der Fluidleitung am Anker des Hubmagnetes ein Weicheisenteil angeordnet. Der Differentialtransformator besitzt in grundsätzlicher bekannter Weise eine Primärspule und zwei dazu koaxiale Sekundärspulen, die axial aneinander anschließen. Durch Verschiebung des Weicheisenteils bei Hubbewegungen des Ankers der Ventilanordnung wird das Magnetfeld innerhalb der Primärspule verändert, insbesondere axial verlagert, mit der Folge, dass an den beiden Sekundärspulen unterschiedliche elektrische Ströme bzw. elektrische Spannungen abgreifbar sind. Diese Parameter bilden also Signale, die die Hubbewegung des Ankers wiedergeben.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die Primärspule des Differentialtransformators mit einem geregelten Wechselstrom zu beaufschlagen. Auf diese Weise können Temperatureinflüsse hinsichtlich des Betriebsverhaltens des Differentialtransformators vermieden werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, außerhalb der Fluidleitung eine Hallsensoranordnung und innerhalb der Fluidleitung am Anker des Hubmagnetes einen Permanentmagnet anzuordnen.

Bei Hubbewegungen des Ankers wird der Permanentmagnet entsprechend verlagert mit der Folge, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld entsprechend „wandert". Dies führt zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangssignale der Hallsensoranordnung, so dass wiederum die Hubbewegung des Ankers wiedergebende Signale zur Verfügung stehen.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dieser letzteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hallsensoranordnung vier Hallsensoren aufweist, die in einer zur Hubachse des Ankers orthogonalen Ebene ringförmig mit gleichen Abständen von der Hubachse sowie mit untereinander gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Dabei bilden die vier Hallsensoren eine Differentialanordnung, durch die evtl. Unsymmetrien des vom Permanentmagnet aufgespannten Magnetfeldes kompensiert werden. Sollte also der Anker zusammen mit dem Permanentmagnet beim Betrieb der Ventilanordnung mehr oder weniger große Seitwärtsbewegungen relativ zur Achse oder Drehbewegungen ausführen, hat dies keinerlei Auswirkung auf die Signale der Hallsensoranordnung.

Im übrigen ist es zweckmäßig, den Permanentmagnet, welcher in Richtung der Hubachse magnetisiert ist, mit Polschuhen an seinen Stirnenden zu versehen, so dass im Bereich der Hallsensoranordnung ein vergleichsweise starkes Magnetfeld erzeugt wird, das heißt, die Polschuhe tragen zu einer Bündelung des Magnetfeldes im Bereich der Hallsensoranordnung bei.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.

Schutz wird nicht nur für ausdrücklich angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für grundsätzlich beliebige Unterkombinationen dieser Merkmale beansprucht.

In der Zeichnung zeigt

1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung, bei der als Hubsensoranordnung ein Differentialtransformator sowie ein Weicheisenteil vorgesehen sind,

2 einen entsprechenden Axialschnitt einer Ausführungsform, bei der am Anker ein Permanentmagnet angeordnet ist, der mit einer Hallsensoranordnung außerhalb der Fluidleitung zusammenwirkt und

3 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie III-III in 2.

Gemäß 1 wird ein rohrähnliches Gehäuse 1 der Ventilanordnung von einer Fluidleitung 2 axial durchsetzt, welche innerhalb des Gehäuses 1 einen deutlich erweiterten, zylinderförmigen Abschnitt aufweist. Dabei ist das Gehäuse 1 so bemessen, dass innerhalb des Gehäuses 1 auch im Bereich des erweiterten Abschnittes der Fluidleitung 2 noch ein Ringraum verbleibt. Dieser Ringraum nimmt eine obere Spule 3 sowie eine untere Spule 4 sowie eine Elektromagnetanordnung auf. Diese besitzt einen oberen ringförmigen Polschuh 5, der im Bereich des oberen Übergangs der Fluidleitung 2 zwischen deren erweitertem und dem oberen Endstück angeordnet ist, einen zwischen den Spulen 3 und 4 angeordneten ringförmigen Polschuh 6 sowie einen unteren Polschuh 7, welcher im unteren Übergangsbereich der Fluidleitung 2 zwischen deren erweitertem Bereich und dem unteren Endstück der Fluidleitung 2 angeordnet ist. Die Polschuhe 5 bis 7 bestehen ebenso wie das Gehäuse 1 aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere Weicheisen, wobei das Gehäuse 1 mit den Polschuhen 5 bis 7 spaltfrei verbunden ist.

Innerhalb des erweiterten Bereiches der Fluidleitung 2 ist ein mit den Spulen 3 und 4 zusammenwirkender, axial verschiebbarer Anker 8 aus Weicheisenmaterial angeordnet. Dieser ist an seinem unteren Ende über einen Fortsatz mit einem Schließkörper 9 eines nicht näher dargestellten, die Fluidleitung 2 steuernden Ventils verbunden, welches beispielsweise öffnet, wenn der Anker 8 durch elektrische Bestromung der Spule 3 in Aufwärtsrichtung verschoben wird und schließt, wenn der Anker 8 durch elektrische Bestromung der Spule 4 in Abwärtsrichtung bewegt wird.

Am oberen Ende des Ankers 8 ist ein weiterer Fortsatz angeordnet, der ein Weicheisenelement 10 aufnimmt. Dieses beeinflusst das Magnetfeld innerhalb eines Differentialtransformators 11, der koaxial am oberen Endstück der Fluidleitung 2 und damit auch koaxial zu dem Weicheisenelement 10 angeordnet ist. Dieser Differentialtransformator 11 besitzt eine Primärwicklung 11' sowie zwei axial aneinander schließende Sekundärwicklungen 11''.

Beim Betrieb ist vorgesehen, die Primärwicklung 11' mit einem geregelten Wechselstrom zu beaufschlagen. Je nach Stellung des Weicheisenelementes 10 treten dann an den Sekundärwicklungen 11'' unterschiedliche Wechselströme bzw. -spannungen auf, so dass das Verhältnis der an den beiden Sekundärwicklungen 11'' abgreifbaren Sekundärströme bzw. -spannungen ein Maß für die Hubstellung des Weicheisenelementes 10 sowie des damit verbundenen Ankers 8 bzw. des Schließkörpers 9.

Indem nun die genannten elektrischen Parameter der Sekundärwicklungen 11'' von einer nicht näher dargestellten Regelschaltung ausgewertet werden, können die Spulen 3 und 4 von der Regelschaltung so bestromt werden, dass genau vorgebbare Hubbewegungen des Ankers 8 und dementsprechend genau vorgebbare Öffnungs- und Schließhübe des Schließkörpers 9 gewährleistet werden.

Wenn gleichzeitig gewährleistet wird, dass das die Fluidleitung 2 durchströmende Fluid, beispielsweise ein abzufüllendes Getränk konstanten Druck aufweist, lässt sich durch die geregelte Öffnungs- und Schließbewegung des Schließkörpers 9 gewährleisten, dass genau vorgegebene Fluidmengen während der Öffnungsphase des Schließkörpers 9 zum Ausgang der Ventilanordnung strömen.

Die in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 im wesentlichen dadurch, dass im oberen Fortsatz des Ankers 8 ein Permanentmagnet 12 angeordnet ist, welcher in Hubrichtung des Ankers 8 magnetisiert und vorzugsweise mit Polschuhen 13aus Weicheisen versehen ist. Dieser Permanentmagnet 13 wirkt mit vier Hallsensoren 14 zusammen, die am Außenumfang der Fluidleitung 2 in der Nachbarschaft des Permanentmagnetes 13 angeordnet sind und je nach Hubstellung des Ankers 8 und damit des Permanentmagnetes 12 unterschiedliche Ausgangssignale abgeben.

Um evtl. Unsymmetrien des Magnetfeldes des Permanentmagnetes 12 zu kompensieren, bilden die vier Hallsensoren eine Differentialschaltung. Im übrigen sind die Hallsensoren 14 in Umfangsrichtung der Fluidleitung 2 mit untereinander gleichen Abständen angeordnet.

Auch hier kann wiederum eine Regelschaltung unter Auswertung der Signale der Hallsensoren 14 genau reproduzierbare Öffnungs- und Schließhübe des Schließkörpers 9 bewirken.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen dienen die oberen und unteren Fortsätze des Ankers 8 auch zu dessen Axialführung bzw. zur Abstützung des Ankers 8 in Radialrichtung. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, besitzen die Fortsätze 15 axiale Rippen, die gleitbar an der Innenwandung der Fluidleitung 2 anliegen.

Die Fluidleitung 2 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material, welches sich leicht reinigen lässt. Auch die Fortsätze 15 sowie die Umfangsflächen des Ankers 8 sind aus einem derartigen Material, z.B. einem hitzefesten Kunststoff, gefertigt. Damit können die vom Fluid durchströmten Bereiche leicht gereinigt werden. Außerdem können die Elektrospulen 3 und 4 wirksam mit den Anker 8 und das Weicheisenelement 10 wirksam mit dem Differentialtransformator 11 und der Permanentmagnet 12 wirksam mit den Hallsensoren 14 zusammenwirken.


Anspruch[de]
Ventilanordnung, insbesondere für Getränkeabfüllanlagen, mit einer zur Ventilbetätigung dienenden Hubmagnetanordnung (3 bis 8), deren mit dem Schließkörper (9) der Ventilanordnung verbundener Anker (8) innerhalb und deren mit dem Anker zu dessen Verstellung zusammenwirkende Erregerwicklung (3, 4) außerhalb einer vom Schließkörper gesteuerten Fluidleitung (2) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine zur Hubregelung dienende Hubsensoranordnung (10, 11; 12 bis 14) mit zumindest einem ein Magnetfeld verlagernden ankerseitigen Teil (10, 12) innerhalb und einer auf die Verlagerung des Magnetfeldes reagierenden Anordnung (11, 14) außerhalb der Fluidleitung (2). Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Fluidleitung (2) ein zur Fluidleitung konzentrischer Differentialtransformator (11) und innerhalb der Fluidleitung am Anker (8) des Hubmagnetes ein Weicheisenteil (10) angeordnet ist. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (11') des Differentialtransformators (11) mit einem geregelten Wechselstrom beaufschlagt wird. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Fluidleitung (2) eine Hallsensoranordnung (14) und innerhalb der Fluidleitung am Anker (8) des Hubmagnetes ein Permanentmagnet (12) angeordnet ist. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoranordnung (14) vier Hallsensoren aufweist, die in einer zur Hubachse orthogonalen Ebene ringförmig mit untereinander gleichen Abständen angeordnet sind. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoren (14) zur Kompensation des Magnetfeldes der Hubmagnetanordnung (3 bis 8) geneigt zur genannten Ebene angeordnet sind.






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