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Dokumentenidentifikation DE102005049172A1 19.04.2007
Titel Sprühdüsenventil zum Einbau in einen Düsenbalken
Anmelder IMI Norgren Buschjost GmbH + Co. KG, 32545 Bad Oeynhausen, DE
Erfinder Knappmeier, Friedrich H., 32545 Bad Oeynhausen, DE
Vertreter Busse & Busse Patentanwälte, 49084 Osnabrück
DE-Anmeldedatum 14.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005049172
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse B05B 1/00(2006.01)A, F, I, 20051014, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B05B 1/14(2006.01)A, L, I, 20051014, B, H, DE   B21B 27/10(2006.01)A, L, I, 20051014, B, H, DE   B05B 1/30(2006.01)A, L, I, 20051014, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Sprühdüsenventil zum Einbau in einen Düsenbalken (1) an einem Walzgerüst mit einem Ventilkörper und einem Steuermagneten, der mit dem Düsenbalken (1) verbunden ist, wird erfindungsgemäß so ausgebildet, daß der Steuermagnet in einem Magnetelement (2) fest mit dem Düsenbalken (1) verbindbar ausgestaltet ist, während der Ventilkörper in eine alle nicht elektrischen Ventilkomponenten umfassende Ventilpartrone (3) integriert ist. Diese kann von der Vorderseite des Düsenbalkens (1) aus ohne Demontage des Magnetelementes (2) vom Düsenbalken (1) in das Magnetelement (2) eingesteckt und wieder entfernt werden. Bevorzugt ist die Spule (4) des Steuermagneten innenseitig gegenüber der Ventilseite über eine endseitig geschlossene Hülse (31) gegen Fluide abgedichtet. Die Erfindung betrifft auch einen Düsenbalken (1) mit mehreren der vorstehend beschriebenen Sprühdüsenventilen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Sprühdüsenventil zum Einbau in einen Düsenbalken an einem Walzgerüst nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen entsprechenden Düsenbalken nach Anspruch 11.

Düsenbalken werden insbesondere für die Folienherstellung in Aluminiumwalzwerken eingesetzt. Die Foliendicke der gewalzten Folie wird dabei durch die Temperatur der Walze eingestellt. Zur Temperierung der Walze wird diese mit einem Walzöl aus Düsen besprüht. Deren Steuerung erfolgt über Ventile, die in dem Düsenbalken dicht nebeneinander angeordnet sind. Der Düsenbalken ist mit bis zu 300 Düsen besetzt, die jeweils einzeln auf der Steuerungsseite verkabelt sind. Die Düsen sind störungsanfällig. Da im Walzgerüst jedoch wenig Platz ist und der Düsenbalken auf der Steuerungsseite schlecht zugänglich ist, ist bei Störungen ein hoher Montageaufwand erforderlich, weil dann der komplette Düsenbalken ausgebaut werden muß. Herkömmliche Düsen werden nämlich komplett von hinten in den Düsenbalken eingesetzt, so daß die Walzanlage bei Austausch immer längere Zeit stillsteht. Zwar gibt es auch bereits von der Vorderseite des Düsenbalkens aus in diesen eingesetzte Düsen, deren Steuerungsmagnet jedoch nach der Montage der Düse auf der rückwärtigen Steuerungsseite des Düsenbalkens noch verkabelt werden muß, so daß dennoch ein Ausbau des Düsenbalkens erforderlich wird.

Die Erfindung befaßt sich daher mit dem Problem, montagefreundlichere Sprühdüsenventile bzw. Düsenbalken zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sprühdüsenventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen mit derartigen Sprühdüsenventilen versehenen Düsenbalken gemäß Anspruch 11 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sprühdüsenventils nutzt die Erkenntnis, daß die Düsen wesentlich häufiger defekt sind oder verstopfen, während der Steuermagnet kaum reparaturanfällig ist. Durch die feste Verbindung eines den Steuermagneten enthaltenden Magnetelementes des Düsenventils mit den Düsenbalken und die Integration des Ventilkörpers in eine von der Vorderseite des Düsenbalkens in das Magnetelement einsteckbare Ventilpatrone kann die Verkabelung am Magnetelement bestehenbleiben, auch wenn die Ventilpatrone mit dem Ventilkörper getauscht oder repariert werden muß. Ein Ausbau des gesamten Düsenbalkens ist dafür nicht mehr erforderlich. Stillstandzeiten des Walzgerüstes werden dadurch minimiert und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Walzanlage erheblich erhöht.

Vorzugsweise hat das Ventil mit dem Magnet nur Wirkverbindung, ist aber mit dem Magnet selbst nicht fest verbunden, sondern nur über den Düsenbalken. Dabei sind Ventilpatrone und Magnetelement bevorzugt so ausgebildet, daß sich die Ventilpatrone zu ihrem hinteren Ende, das den Magnetanker beinhaltet, hin verjüngt und der Magnetanker in das Magnetelement eintaucht. Die Ventilpatrone ist dabei so ausgestaltet, daß sie sich nach hinten hin nur verjüngt oder Bereiche gleichen Durchmessers aufweist, jedoch der Durchmesser nicht gegenüber dem Anfangsdurchmesser zunimmt, damit ein freies Eintauchen in das Magnetelement möglich ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel, das im folgenden beschrieben wird; es zeigen:

1 zwei Ventile komplett in einem Teil eines Düsenbalkens,

2 Detail aus 1 bei unbestromtem Magnet ohne Fluiddruck,

3 Detail aus 1 bei unbestromtem Magnet und einsetzendem Fluiddruck,

4 Detail aus 1 bei unbestromten Magnet und Fluiddruck > 0, und

5 Detail aus 1 bei bestromtem Magnet und Fluiddruck > 0.

In 1 ist ein Teil eines Düsenbalkens 1 mit exemplarisch zwei Sprühdüsenventilen dargestellt. Das rechte Sprühdüsenventil ist fest montiert abgebildet, während beim linken Sprühdüsenventil gerade die Demontage gezeigt wird. Der Düsenbalken 1 in seiner nicht dargestellten Gesamtheit nimmt bis zu ca. 300 Sprühdüsenventile auf, die auch in mehreren Reihen hintereinander angeordnet sein können.

Die einzelnen Sprühdüsenventile sind im wesentlichen zweigeteilt ausgebildet und besitzen ein Magnetelement 2 sowie eine Ventilpatrone 3. Das Magnetelement 2 beinhaltet den Steuermagneten in Form einer Elektromagnetspule 4, die auf der Hinterseite des Düsenbalkens 1 über elektrische Steuerleitungen 5 bestrombar ist. Das Magnetelement 2 ist fest mit den Düsenbalken 1 an dessen Rückseite verbunden, vorzugsweise dort über einen Flansch 6 des Magnetelementes 2 angeschraubt, wie beim linken Ventil der 1 zu sehen. Das rechte Ventil der 1 ist identisch mit dem Düsenbalken 1 verbunden, jedoch zur Veranschaulichung um 45 Grad verdreht dargestellt. Vom Flansch 6 aus erstreckt sich ein Ansatz 7 in eine rückseitige Öffnung des Düsenbalkens 1 hinein, die in eine Druckkammer 8 mündet, die Teil des sich durch den Düsenbalken 1 erstreckenden Druckkanalsystems für die Sprühfluidversorgung ist. Der Ansatz 7 dichtet über einen O-Ring 9 die hintere Öffnung des Düsenbalkens 1 ab.

Während das Magnetelement 2 von der Rückseite des Düsenbalkens 1 aus montiert und mit diesem fest verbunden wird, wird die Ventilpatrone 3 von der Vorderseite des Düsenbalkens 1 aus in diesen hineingesteckt. Sie ist daher jederzeit tauschbar, auch ohne den Düsenbalken 1 selbst demontieren zu müssen und ohne daß man an die schlecht zugängliche Rückseite des Düsenbalkens 1 heran muß. Beim linken Ventil in 1 deuten die Pfeile die Demontagerichtung der Ventilpatrone 3 an. Die Ventilpatrone 3 verjüngt sich zu deren hinteren Ende hin und beinhaltet dort einen Magnetanker 11, der in montierter Position in das Magnetelement 2 eintaucht. Der Magnetanker 11 ist in einer Buchse 12 frei verschieblich gehalten. Unterhalb des Magnetankers 11 erstreckt sich der Ventilkolben 13, der teils ebenfalls in der Buchse 12 des Magnetankers 11 und im unteren Bereich in einer Zylinderbuchse 14 in Richtung der Längsachse L verschieblich geführt ist. Die Zylinderbuchse 14 geht an ihrem vorderen Ende in einen Düsenkanal 15 über, der ebenfalls Teil des Ventilkörpers ist. Das vordere Ende der Ventilpatrone wird durch einen Dichtkranz 16 gebildet, der mit einem integrierten O-Ring 19 die vordere Öffnung der Druckkammer 8 abdichtet. Über eine Schulter 17 liegt der Ventilkörper an den Düsenbalken 1 in montiertem Zustand an, so daß der Ventilkörper nicht in den Düsenbalken 1 hineinrutschen kann. Gehalten ist die gesamte Ventilpatrone 3 an dem Düsenbalken 1 durch eine vorgesetzte Düsenplatte 18, die wiederum mit dem Düsenbalken 1 mechanisch verbunden, beispielweise verschraubt ist. Die Düsenplatte 18 kann auch wesentlich größer als abgebildet ausgebildet sein und mehrere oder alle Ventilpatronen 3 gleichzeitig festlegen.

Wie an den Spalten erkennbar ist, besteht bei der dargestellten Ausführungsform zwischen der Ventilpatrone 3 und dem Magnetelement 2 auch in eingebautem Zustand keine Berührung. In jedem Fall sind die Elektromagnetspule 4 einerseits und den Magnetanker 11 andererseits nicht direkt mechanisch verbunden, sondern es besteht nur eine Wirkverbindung.

Die Funktionsweise des Ventils ist in den 2 bis 5 näher erkennbar. 2 zeigt das Ventil bei unbestromtem Magneten 4 und im drucklosen Zustand, d.h. ohne Fluiddruck in der Druckkammer 8. Dabei befindet sich der Magnetanker 11 in der oberen Entlastungsposition, in der er durch einen Distanzstift 23 und eine Öffnungsfeder 24 gehalten wird. Eine Schließfeder 25 im Inneren des Ventilkörpers drückt dabei den Ventilkolben 13 mit einem in seiner Unterseite aufgenommenen Dichtring 26 gegen einen Ventilsitz 27 und verschließt so den Düsenkanal 15 im drucklosen Zustand.

In herkömmlichen Düsenbalken werden üblicherweise sogenannte NC-Ventile (normally closed) eingesetzt, die im stromlosen Zustand geschlossen sind. Beispielsweise bei einem Stromausfall schließt das Ventil und die Gleitfluidzufuhr wird unterbunden. Dadurch klebt dann die Walzfolie an den Walzen fest, und es ist nötig, die kompletten Walzen zu Reinigungszwecken auszubauen. Um dies zu vermeiden, sind die erfindungsgemäßen Sprühdüsenventile so ausgestaltet, daß das Ventil im stromlosen jedoch durch Gleitfluid druckbelastetem Zustand geöffnet ist.

3 zeigt insoweit das Ventil bei unbestromtem Magnet, jedoch einsetzendem Fluiddruck, wodurch das Ventil öffnet. Der Magnetanker 11 verharrt wie auch in der Position gemäß 2 und 4 weiterhin am oberen Anschlag. Durch den einsetzenden Fluiddruck wird jedoch der Ventilkolben 13 gegen die Kraft der Schließfeder 25 nach oben gedrückt, wodurch sich der Ventilkolben 13 mit seinem Dichtring 26 von dem Ventilsitz 27 abhebt. Dadurch kann Druckfluid bzw. Gleitfluid über die mit Pfeilen markierten Positionen in die Ventilpatrone 3 eintreten und so auch durch den Düsenkanal 15 zum Düsenaustritt gelangen. Bei einem eventuellen Stromausfall läuft daher weiterhin Gleitfluid aus den Ventilen hinaus, so daß die Walzfolie nicht an den Walzen festklebt. Wenn dadurch zuviel Fluid aufgebracht wird, muß dann zwar ggf. ein Teil der gewalzten Folie verschrottet werden, es ist jedoch nicht nötig, die kompletten Walzen zu Reinigungszwecken auszubauen.

4 zeigt den Zustand beispielsweise bei Stromausfall mit umbestromtem Magneten 4 und anstehendem Gleitfluiddruck in der Druckkammer 8.

5 zeigt das Ventil, wenn dieses angesteuert wird durch Bestromung des Magneten 4. Durch das sich über die Elektromagnetspule 4 aufbauende Magnetfeld wird der Magnetanker 11 nach unten gezogen, wobei ein im Magnetanker 11 angeordneter Dichtstopfen 28 die Steuerbohrung 29 verschließt. Der Dichtstopfen 28 ist über eine Ankerfeder 22 und eine Spannhülse 21 federnd gelagert, um einen metallischen Kontakt zwischen den Polflächen 30a und 30b zu ermöglichen. Es kann kein Gleitfluid mehr durch die Steuerbohrung 29 fließen, und die auf den Ventilkolben 13 einwirkenden Druckverhältnisse durch das Gleitfluid ändern sich so, daß sich der Ventilkolben 13 zusammen mit dem Magnetanker 11 nach unten bewegt und den Düsenkanal 15 verschließt. Durch den Steuermagneten wird somit direkt nur das Öffnen und Schließen der Steuerbohrung 29 gesteuert und darüber nur mittelbar der Fluidfluß zum Düsenausgang. Dies hat den Vorteil, daß mit geringen Magnetkräften und somit kleinbauenden Magnetspulen 4 und Magnetelementen 2 dennoch hohe Schließdrücke und hohe Durchflußmengen aufgebracht werden können.

Da Ventilpatrone 3 und Magnetelement 2 zum Austausch oder Reparatur der Ventilpatrone 3 voneinander getrennt werden können, ist es wichtig, sicherzustellen, daß auch in diesem Zustand (siehe 1 links) kein Gleitfluid in den Elektrobereich des Magnetelementes 2, insbesondere zur Elektromagnetspule 4 vordringen kann. Gleitfluide enthalten nämlich üblicherweise Petroleum, das sehr aggressiv gegenüber Buntmetallen ist und somit die Kupfer-Elektromagnetspule 4 stark angreifen würde. Dieses Problem wird bei dem erfindungsgemäßen Sprühdosenventil dadurch gelöst, daß die Elektromagnetspule 4 des Magnetelementes 2 innenseitig gegenüber der Ventilseite gegen Fluide angedichtet ist. Die Abdichtung erfolgt bei der dargestellten Ausführungsform bevorzugt durch eine Hülse 31, in die der Magnetanker 11 der Ventilpatrone 3 eingeschoben ist. Die Hülse 31 ist zur verbesserten Sicherstellung einer Dichtigkeit endseitig an ihrem oberen Ende geschlossen ausgebildet. Vorzugsweise besteht diese Hülse aus gegenüber Gleitfluid resistentem Stahl. Zur Funktionsverbesserung des Sprühdüsenventils weist die Hülse 31 eine vorzugsweise umlaufende Verjüngung 32 ihrer Wandstärke auf, die als magnetischer Widerstand wirkt und dazu führt, daß die an der Elektromagnetspule aufgebauten Feldlinien tatsächlich durch den Magnetanker 11 hindurchgeleitet werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sprühdüsenventils ermöglicht den komfortablen Aufbau von Düsenbalken, die auch bei eventuellen Reparaturen oder Austausch der Düsen nur sehr geringe Stillstandzeiten der Walzanlage verursachen. Die dargestellte Ausführungsform der Ventilpatrone mit einem servogesteuerten Kolbenventil, d.h. pilotgesteuerten Kolben-Magnetventil, bietet einen komfortablen Aufbau und ermöglicht die Verwendung kleiner Magnetelemente 2 auf der Düsenbalkenrückseite, auf der in der Regel wenig Platz zur Verfügung steht.


Anspruch[de]
Sprühdüsenventil zum Einbau in einen Düsenbalken (1) an einem Walzgerüst mit einem Ventilkörper und einem Steuermagneten der mit dem Düsenbalken (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermagnet in einem Magnetelement (2) fest mit dem Düsenbalken (1) verbindbar ausgestaltet ist, während der Ventilkörper in eine Ventilpatrone (3) integriert von der Vorderseite des Düsenbalkens (1) aus ohne Demontage das Magnetelementes (2) vom Düsenbalken (1) in das Magnetelement (2) einsteckbar und wieder entfernbar ist. Sprühdüsenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilpatrone (3) sich zu ihrem den Magnetanker (11) beinhaltenden hinteren Teil hin verjüngt und der Magnetanker (11) in das Magnetelement (2) eintaucht. Sprühdüsenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilpatrone (3) mit dem Magnetelement (2) in Wirkverbindung, jedoch nicht in direkter mechanischer Verbindung steht. Sprühdüsenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung, bei der das Ventil im druckbelasteten und stromlosen Zustand geöffnet ist. Sprühdüsenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermagnet direkt ein Öffnen oder Schließen der Steuerbohrung (29) steuert und darüber nur indirekt den Fluidfluß zum Düsenausgang. Sprühdüsenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) gegenüber der Druckseite des Düsenbalkens (1) über zumindest eine Dichtung (9) abgedichtet ist. Sprühdüsenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (4) des Steuermagneten innenseitig gegenüber der Ventilseite gegen Fluide abgedichtet ist. Sprühdüsenventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung des Steuermagneten über eine Hülse (31) erfolgt. Sprühdüsenventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) endseitig geschlossen ist. Sprühdüsenventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsenwandung eine umlaufende Verjüngung (32) aufweist. Düsenbalken (1) mit mehreren Sprühdüsenventilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Düsenbalken (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilpatronen (3) über eine vorgesetzte Düsenplatte (18), die an dem Balken (1) befestigt ist, in/an dem Balken (1) gehalten sind. Düsenbalken (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper über eine Schulter (17) an dem Düsenbalken (1) anliegen.






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