DE29722208U1 - Distribution valve - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verteilerventil gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a distribution valve according to the preamble of claim 1.
Verteilerventile dienen zur Steuerung einer Fluidströmung zwischen zwei Fluidwegen. Üblicherweise werden Verteilerventile beispielsweise in Zentralheizungssystemen verwendet, um wahlweise entweder dem Heißwassersystem des Hauses oder dem Heizungssystem heißes Wasser von einem Boiler zuzuführen.Distribution valves are used to control the flow of fluid between two fluid paths. Distribution valves are commonly used, for example, in central heating systems to selectively supply hot water from a boiler to either the house's hot water system or the heating system.
Solche Verteilerventile sind zumeist direkt in dem Boiler vorgesehen, und zwar insbesondere bei einem kombinierten Boiler. Dies führt dazu, daß an ein solches Verteilerventil hinsichtlich des Preises, des Stromverbrauchs und der Ansprechzeit besondere Anforderungen gestellt werden.Such distribution valves are usually provided directly in the boiler, especially in a combined boiler. This means that such a distribution valve has to meet special requirements in terms of price, power consumption and response time.
Die derzeit verwendeten Verteilerventile arbeiten normalerweise mit einer Rückholfeder. Bei einer derartigen Konstruktion muß die Betätigungseinrichtung des Ventils zum Schließen eines ersten Anschlusses sowohl die Kraft der Rückholfeder überwinden als auch den erforderlichen Schließdruck auf den ersten Anschluß aufbringen. Wird die Betätigungseinrichtung nicht angesteuert, so zieht die Rückholfeder das Ventil in Richtung auf den zweiten Anschluß zurück und bringt auf den zweiten Anschluß den erforderlichen Schließdruck auf. Bei vielen Konstruktionen des mit einer Rückholfeder ausgerüsteten Ventils muß permanent Leistung zur Verfügung gestellt werden, wenn das Ventil gegen die Kraft der Rückholfeder in der Position zum Schließen des ersten Anschlusses gehalten werden muß.The manifold valves currently in use normally operate with a return spring. In such a design, the valve actuator must both overcome the force of the return spring to close a first port and apply the required closing pressure to the first port. If the actuator is not activated, the return spring pulls the valve back towards the second port and applies the required closing pressure to the second port. In many designs of the valve equipped with a return spring, power must be provided continuously if the valve must be held in the position to close the first port against the force of the return spring.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verteilerventil zu schaffen, mit dem die Probleme bekannter Ventile überwunden werden.It is therefore an object of the present invention to provide a distribution valve which overcomes the problems of known valves.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verteilerventil mit einem Ventilbauteil, das zum Schließen eines ausgewählten Anschlusses von zwei Anschlüssen verlagerbar ist, und einer magnetisch arretierbaren, bistabilen Betätigungseinrichtung vorgesehen, welche . dazu ausgestaltet ist, das Ventilbauteil zwischen den beiden Anschlüssen zu verlagern, wobei die Betätigungseinrichtung dazu ausgestaltet ist, mit Hilfe von Magnetkraft in jeder der beiden Endpositionen zu arretieren, und wobei das Ventilbauteil in jeder der beiden Endpositionen jeweils einen der beiden Anschlüsse verschließt.According to the present invention, a distributor valve is provided with a valve component that can be displaced to close a selected one of two connections, and a magnetically lockable, bistable actuating device that is designed to displace the valve component between the two connections, the actuating device being designed to lock in each of the two end positions with the aid of magnetic force, and the valve component closes one of the two connections in each of the two end positions.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verteilerventils ist die Betätigungseinrichtung dazu ausgestaltet, in jeder von ihren beiden Endpositionen magnetisch zu arretieren. Das bedeutet, daß die Schließkraft für jeden Anschluß durch Magnetkräfte bewirkt wird, so daß der Betätigungseinrichtung keine Energie zugeführt werden muß, um sie in einer ihrer beiden Endpositionen zu halten. Da die Betätigungseinrichtung dazuIn one embodiment of the distributor valve according to the invention, the actuating device is designed to magnetically lock in each of its two end positions. This means that the closing force for each connection is caused by magnetic forces, so that the actuating device does not need to be supplied with energy to hold it in one of its two end positions. Since the actuating device is designed to
ausgestaltet ist, das Ventilbauteil zwischen den beiden Anschlüssen zu verlagern, besteht nicht das Erfordernis, eine Rückholfeder vorzusehen.is designed to move the valve component between the two connections, there is no need to provide a return spring.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Betätigungseinrichtung ein mittels Magnetkraft arretierbares Solenoid, das dazu ausgestaltet ist, eine längliche Antriebsstange entlang ihrer Länge in jede der beiden entgegengesetzten Richtungen zu verlagern, wobei durch eine Verlagerung der Antriebsstange eine Verlagerung des Ventilbauteils bewirkt wird.In a preferred embodiment, the actuating device contains a solenoid that can be locked by means of magnetic force and is designed to displace an elongated drive rod along its length in each of the two opposite directions, wherein a displacement of the drive rod causes a displacement of the valve component.
Die Antriebs stange kann beispielsweise direkt mit dem Ventilbauteil verbunden sein. Alternativ kann die Antriebsstange mit einer Ventilbauteil-Halterung gekoppelt sein.The actuator rod can, for example, be connected directly to the valve component. Alternatively, the actuator rod can be coupled to a valve component holder.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befinden sich die beiden Ventilanschlüsse in gegenseitiger Ausrichtung zueinander, und die Ventilbauteil-Halterung weist eine längliche Haltestange auf, die das Ventilbauteil hält und die sich durch jeden der beiden Ventilanschlüsse erstreckt. Durch Verlagerung der Haltestange entlang ihrer Länge wird das Ventilbauteil zwischen den beiden Anschlüssen verlagert.In a preferred embodiment, the two valve ports are in mutual alignment with each other, and the valve member support includes an elongated support rod that supports the valve member and that extends through each of the two valve ports. By displacing the support rod along its length, the valve member is displaced between the two ports.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Solenoid zwei Spulen, zwischen denen ein ringförmiger Permanentmagnet vorgesehen ist. Außerdem erstreckt sich ein Kolben aus einem magnetischem Material in axialer Richtung relativ zu den beiden Spulen und zu dem Permanentmagneten, so daß das Speisen von einer oder von beiden Spulen mit Gleichstrom eine Verlagerung des Kolbens bewirkt. Die Verlagerung des Kolbens bewirkt, daß auf die längliche Antriebsstange eine Kraft aufgebracht wird.In a preferred embodiment, the solenoid has two coils between which an annular permanent magnet is provided. In addition, a piston made of a magnetic material extends axially relative to the two coils and to the permanent magnet, so that energizing one or both coils with direct current causes displacement of the piston. The displacement of the piston causes a force to be applied to the elongated drive rod.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Spulen geschaltet, umIn one embodiment, the coils are connected to
getrennt voneinander mit Gleichstrom gleicher Polarität gespeist zu werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Spulen geschaltet, um gleichzeitig gespeist zu werden, wobei jedoch dieseparately from each other with direct current of the same polarity. In another embodiment, the coils are connected to be fed simultaneously, but the
Polarität des zugeführten Gleichstroms abhängig von der gewünschten Position des Ventilbauteils gewählt werden kann.Polarity of the supplied direct current can be selected depending on the desired position of the valve component.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, es zeigen:Some embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figur 1 ein Verteilerventil der vorliegenden Erfindung, wobeiFigure 1 shows a distribution valve of the present invention, wherein
der Ventilkörper im Querschnitt dargestellt ist,
10the valve body is shown in cross section,
10
Figur 2 eine Betätigungseinrichtung des Ventils aus Figur 1, undFigure 2 shows an actuating device of the valve of Figure 1, and
Figuren 3a und 3b verschiedene elektrische Schaltungen zum Speisen der Betätigungseinrichtung aus Figur 2.Figures 3a and 3b show various electrical circuits for supplying the actuating device from Figure 2.
Figur 1 zeigt ein Verteilerventil 10 zur Steuerung einer Fluidströmung zwischen zwei verschiedenen Fluidwegen. Der erste Fluidweg führt von einem Einlaß 2 zu einem gemeinsamen Auslaß 4, und der andere Fluidweg verläuft von einem Einlaß 6 zum gemeinsamen Auslaß 4. Es ist selbstverständlich, daß das Verteilerventil 10 alternativ mit einem gemeinsamen Anschluß 4, der als ein Eingangsanschluß dient, verwendet werden kann, wobei der Fluidstrom wahlweise zu dem Auslaßanschluß 2 oder zu dem Auslaßanschluß 6 geleitet werden kann. Der Weg der Fluidströmung durch das Ventil 10 wird durch die Position eines Ventilbauteils 8 bestimmt. Wie in Figur 1 zu sehen ist, ist das Ventilbauteil 8 an einer länglichen Haltestange 12 gehalten und verlagerbar, um wahlweise einen ersten Ventilsitz 14 oder einen zweiten Ventilsitz 16 zu schließen. Die Haltestange 12 erstreckt sich durch geeignete Dichtungseinrichtungen, die allgemein mit 20 bezeichnet sind, aus dem Ventilgehäuse heraus.Figure 1 shows a distributor valve 10 for controlling fluid flow between two different fluid paths. The first fluid path leads from an inlet 2 to a common outlet 4 and the other fluid path leads from an inlet 6 to the common outlet 4. It will be understood that the distributor valve 10 may alternatively be used with a common port 4 serving as an input port, whereby fluid flow may be selectively directed to the outlet port 2 or to the outlet port 6. The path of fluid flow through the valve 10 is determined by the position of a valve member 8. As can be seen in Figure 1, the valve member 8 is supported on an elongated support rod 12 and is displaceable to selectively close a first valve seat 14 or a second valve seat 16. The support rod 12 extends out of the valve housing through suitable sealing means, generally indicated at 20.
An ihrem oberen Ende ist die Haltes tange 12 mittels einer Kopplung 22 mit einer Betätigungseinrichtung 24 gekoppelt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Betätigungseinrichtung 24At its upper end, the support rod 12 is coupled to an actuating device 24 by means of a coupling 22. In the embodiment shown, the actuating device 24 is
an einem Haltearm 26 gehalten, der an dem Gehäuse des Verteilerventils 10 angebracht ist. Wie nachfolgend beschrieben, ist die Betätigungseinrichtung 24 dazu ausgestaltet, die Haltestange 12 entlang ihrer Länge nach oben oder nach unten zu bewegen, wodurch das Ventilbauteil 8 wahlweise mit einem der beiden Ventilsitze 14 oder 16 in abdichtende Anlage gebracht wird.held on a support arm 26 which is attached to the housing of the distributor valve 10. As described below, the actuating device 24 is designed to move the support rod 12 up or down along its length, whereby the valve component 8 is selectively brought into sealing engagement with one of the two valve seats 14 or 16.
Ein Abschnitt der Betätigungseinrichtung 24 ist in Figur 2 gezeigt. Wie man sehen kann, ist die Betätigungseinrichtung 24 ein in zwei Richtungen wirkendes Solenoid mit einer ersten Spule 30 und einer zweiten Spule 32, die jeweils an beiden Seiten eines ringförmigen Permanentmagneten 34 angeordnet sind. Ein Kolben 36 aus einem magnetischen Material erstreckt sich relativ zu dem Permanentmagneten 34 und zu den beiden Spulen 30 und 32 in axialer Richtung. Der Kolben 36 ist mit einer Antriebsstange 38 verbunden, die mittels einer Kopplung 22 mit der Ventilhaltestange 12 verbunden ist. Die Solenoid-Spulen 30 und 32 sind in einem magnetischen Gehäuse 40 angeordnet, und an jedem Ende ist ein zugehöriger Anschlag 42 vorgesehen. Die Anschläge 42 bestehen ebenfalls aus einem magnetischen Material und bilden einen Teil des magnetischen Pfads, der durch die Magnetfeldlinien in Figur 2 dargestellt ist.A portion of the actuator 24 is shown in Figure 2. As can be seen, the actuator 24 is a bidirectional solenoid having a first coil 30 and a second coil 32, each disposed on either side of an annular permanent magnet 34. A piston 36 made of a magnetic material extends axially relative to the permanent magnet 34 and to the two coils 30 and 32. The piston 36 is connected to a drive rod 38 which is connected to the valve support rod 12 by means of a coupling 22. The solenoid coils 30 and 32 are disposed in a magnetic housing 40 and an associated stop 42 is provided at each end. The stops 42 are also made of a magnetic material and form part of the magnetic path represented by the magnetic field lines in Figure 2.
Bei Betrieb werden die Spulen 30 und 32 so gespeist, um den Kolben 36 zu magnetisieren, wodurch der Kolben 36 entweder von dem Permanentmagneten 34 angezogen oder von diesem abgestoßen wird. Durch die Anschläge 42 sind die Endpositionen des Kolbens 36 bestimmt. Es ist offensichtlich, daß durch die Verlagerung des Kolbens 36, der Antriebs stange 38 und der Haltestange 12 auch das Ventilbauteil 8 bewegt wird. In jeder der Endpositionen des Kolbens 36 ist das Ventilbauteil 8 so angeordnet, um einen der jeweiligen Ventilsitze 14, 16 zu schließen.In operation, the coils 30 and 32 are energized to magnetize the piston 36, whereby the piston 36 is either attracted to or repelled by the permanent magnet 34. The stops 42 determine the end positions of the piston 36. It is obvious that the displacement of the piston 36, the drive rod 38 and the support rod 12 also moves the valve component 8. In each of the end positions of the piston 36, the valve component 8 is arranged to close one of the respective valve seats 14, 16.
Die Art der Steuerung des Solenoids kann abhängig von der jeweiligen Anforderung gewählt werden. In den Figuren 3a und 3b sind zwei mögliche Steuerungsarten gezeigt. Wie in Figur 3a dar-The type of solenoid control can be selected depending on the respective requirement. Figures 3a and 3b show two possible control types. As shown in Figure 3a-
gestellt, werden die beiden Spulen 30 und 32 im Betrieb getrennt und unabhängig voneinander gespeist. Wenn der Kolben 36 in seine linksseitige Position verlagert werden muß, das heißt, in die in Figur 2 dargestellte Position, wird der Spule 30 für eine Zeitdauer T ein positiver Gleichstromimpuls zugeführt. Dieser Gleichstrom ist groß genug, um den Kolben 36 bis zu seinem linken Anschlag 4 2 zu verlagern, so daß der Kolben 36 mit Hilfe von Magnetkraft in dieser Endposition arretiert wird. Das Zuführen von Gleichstrom wird dann unterbrochen, und der Kolben 36 wird mit Hilfe von Magnetkraft in der dargestellten Position gehalten. Wenn es dann gewünscht ist, das Ventilbauteil 8 zu dem anderen Anschluß zu verlagern, wird der Spule 32 ein ähnlicher Gleichstromimpuls gleicher Leistung und Zeitdauer zugeführt, um die magnetischen Haltekräfte zu überwinden, den Kolben 36 zu dem anderen Endanschlag zu bewegen und ihn in dieser Position mit Hilfe von Magnetkraft zu arretieren., the two coils 30 and 32 are energized separately and independently of each other in operation. When the piston 36 is to be displaced to its left-hand position, that is to say to the position shown in Figure 2, a positive DC pulse is applied to the coil 30 for a period of time T. This DC current is large enough to displace the piston 36 to its left-hand stop 4 2 so that the piston 36 is locked in this end position by means of magnetic force. The supply of DC current is then interrupted and the piston 36 is held in the position shown by means of magnetic force. When it is then desired to displace the valve member 8 to the other port, a similar DC pulse of the same power and duration is applied to the coil 32 to overcome the magnetic holding forces, move the piston 36 to the other end stop and lock it in this position by means of magnetic force.
Eine andere Ausgestaltung ist in Figur 3b dargestellt. In diesem Fall werden die beiden Spulen 30 und 32 gleichzeitig gespeist. Die Spulen sind jedoch entgegengesetzt gewickelt. Das bedeutet, daß der Gleichstromimpuls, mit dem gleichzeitig die beiden Spulen gespeist werden, bewirkt, daß eine der Spulen den Kolben 36 anzieht, während die andere Spule den Kolben 36 abstößt. Dies bedeutet aber auch, daß eine Verlagerung des Kolbens 36 in die entgegengesetzte Richtung einen Gleichstromimpuls mit entgegengesetzter Polarität erforderlich macht, wie in Figur 3b dargestellt ist.Another embodiment is shown in Figure 3b. In this case, the two coils 30 and 32 are fed simultaneously. However, the coils are wound in opposite directions. This means that the DC pulse fed simultaneously to the two coils causes one of the coils to attract the piston 36 while the other coil repels the piston 36. However, this also means that a displacement of the piston 36 in the opposite direction requires a DC pulse of opposite polarity, as shown in Figure 3b.
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