DE19652496A1

DE19652496A1 - Vorgesteuertes proportional wirkendes Schwimmerventil

Info

Publication number: DE19652496A1
Application number: DE1996152496
Authority: DE
Inventors: Oliver Ringelstein; Klaus Lueckge; Arndt Muenstermann
Original assignee: INTEWA INGENIEUR GES fur EN U
Current assignee: INTEWA INGENIEUR GES fur EN U
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-06-18

Description

Gängige Schwimmerventile benötigen funktionsbedingt einen sehr großen Bauraum, da sie, wenn große Volumenströme verlangt sind, nahezu die gesamte Querschnittsfläche der angeschlossenen Zuleitung verschließen müssen. Aufgrund des auf diese große Fläche wirkenden Leitungsdruckes ist die zum sicheren Abdichten benötigte Kraft sehr groß und muß durch eine geeignete Kombination von einem langen Hebel mit einem großen Schwimmer aufgebracht werden.

Werden Ventile eingesetzt, die kleinere Bauräume beanspruchen, so reduziert sich der mögliche Volumenstrom durch das Ventil aufgrund der kleineren Durchflußquerschnitte und der dadurch größeren Leitungswiderstände des Ventils.

Diese gängigen Schwimmerventile haben zudem den Nachteil, daß die durch die hohen Schließkräfte stark beanspruchte Dichtfläche schnell verschleißt, es zu Un dichtigkeiten kommt und somit eine optimale Funktion des Ventils nicht mehr möglich ist.

Stand der Technik sind elektrisch betätigte, hydraulisch vorgesteuerte, proportional wirkende Magnetventile, die bei kleinem Bauraum einen großen Volumenstrom realisieren. Ihr Nachteil besteht in der dazu notwendigen Sensorik und Steuerung, die Strom verbraucht und zusätzliche Installationsarbeiten erfordert.

Zudem sind mechanisch einstellbare, hydraulisch vorgesteuerte Ventile z. B. für den Einsatz in WC Spülkästen bekannt. Diese Ventile zeigen allerdings kein zum Ent nahmevolumenstrom proportionales Verhalten des zufließenden Volumenstromes.

Es ist kein Ventil bekannt, welches einen Volumenstrom proportional zum jeweiligen Entnahmestrom aus dem Behälter liefert und gleichzeitig mit einem mechanischen Schwimmer und einer Vorsteuerstufe ausgestattet sind.

Bei der Nachspeisung von Regenwasser z. B. in einen Zwischenbehälter wäre ein mechanisch gesteuertes, proportionalwirkendes Ventil besonders interessant, welches auch große Volumenströme bei kleinem Bauraum realisiert. Dieses Ventil sollte bei Beginn der Wasserentnahme aus dem Behälter öffnen, den zufließenden Volumenstrom dem jeweiligen Entnahmestrom anpassen und erst nach Beendigung der Entnahme schließen.

Erfindung

Die Probleme und Nachteile der momentan nach dem Stand der Technik erhältlichen Ventile werden mit den Maßnahmen des Anspruches gelöst

Vorteilhafte Wirkung der Erfindung

Die neue Erfindung ist ein durch einen schwimmerbetätigten Hebelmechanismus einstellbares, hydraulisch vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil.

Es kann ohne den Anschluß irgendeiner weiteren Hilfsenergie für das Verschließen von Wasserleitungen verwendet werden.

Der Durchfluß des Ventils kann einfach über einen Hebelmechanismus mit einem Schwimmer gesteuert werden.

Durch unterschiedliche Wasserstände in dem Behälter, in dem das Ventil installiert ist, senkt (bzw. hebt) sich der Schwimmer und mit diesem vergrößert (bzw. verkleinert) sich der Volumenstrom durch das Ventil.

Durch die proportionale Regelung von Zulauf- und Entnahmevolumenstrom öffnet das Ventil bei Beginn der Wasserentnahme aus dem Behälter, paßt den zufließenden Volumenstrom dem jeweiligen Entnahmestrom an und schließt erst nach Beendigung der Entnahme.

Die Erfindung zeichnet sich durch einen besonders kleinen Bauraum bezogen auf den großen, möglichen Volumenstrom aus.

Zudem werden die nötigen Schließ- und Steuerkräfte durch die Vorsteuerstufe stark reduziert, so daß die Dichtflächen und sonstige beanspruchte Bauteile nahezu keinem Verschleiß unterliegen. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Ventils enorm erhöht.

Darstellung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung erläutert. Das Ventil besteht aus einer Hauptstufe, einer Vorsteuerstufe und einem Hebelmechanismus. Die Hauptstufe enthält die Zu- (3) und Auslaßöffnung (2) und ist durch das Gehäuseunterteil (1) und die Membran (5) begrenzt. Die Vorsteuerstufe besteht aus dem Raum zwischen Gehäusedeckel (14) und Membran (5) und ist durch die Überströmbohrung (4) mit der Hauptstufe verbunden. Zwischen Deckel und Membran befindet sich eine Druckfeder (15). Im Gehäusedeckel (14) ist die Vorsteuerbohrung (13) angebracht. Der Hebelmechanismus besteht in dem Ausführungsbeispiel aus einem Schwimmer (11) und einem daran befestigten Hebel (10), der seinerseits wieder an dem Vorsteuerkolben (8) befestigt ist. Die Führung und Lagerung des Kolbens und des Hebels übernimmt eine Führungshülse (6), die mit einer durch eine bestimmte Steigung gekennzeichnete Nut (9) versehen ist. Die Führungshülse ist fest mit dem Gehäusedeckel verbunden und so positioniert, daß die an der Stirnseite des Vorsteuerkolbens befestigte Dichtung (7), die Vorsteuerbohrung abdichten kann oder durch die Nutsteigung gesteuert den Abstand s von der Dichtfläche einnimmt.

An der Zuströmöffnung (3) wird die Wasserleitung angeschlossen. Der in ihr wirkende Druck gleicht sich bei gefülltem Behälter oder Schwimmer in seiner obersten Position und damit der Abstand s gleich Null) mit dem Druck im Gehäusedeckel (12) über die Überströmbohrung (4) aus. Durch die größere Fläche auf der Deckelseite der Membran und durch die Feder (15) ist die von der Vorsteuerstufe aus auf die Membran wirkende Kraft größer als die von Seiten der Hauptstufe. Die Membran (5) wird auf den Sitz der Auslaßöffnung gedrückt und diese geschlossen. Da nun sämtliche Öffnungen des Ventils abgedichtet sind, kann kein Wasser in den Behälter nachfließen, das Ventil ist geschlossen.

Sinkt nun der Wasserstand in dem Behälter, in dem das Ventil montiert ist, so sinkt auch der Schwimmer (11) ab. Diese Bewegung wird durch eine Nut (9) in der Führungshülse und deren Steigung in eine axiale Bewegung des Vorsteuerkolbens (8) umgesetzt. Die Dichtung (7) wird hierdurch von der Vorsteuerbohrung abgehoben.

Der Abstand s vergrößert sich, Wasser strömt aus dem Gehäusedeckel in die Führungshülse aus und wird über die Entlastungsbohrung (12) gezielt abgeleitet.

Der Druck im Gehäusedeckel fällt ab. Da der Durchmesser der Steuerbohrung (13) größer ist als der der Überströmbohrung (4), kann sich der Druck im Deckel mit dem der angeschlossenen Leitung nicht so schnell ausgleichen, wie er über die Steuerbohrung (13) abfällt. Die von der Vorsteuerstufe aus auf die Membranen wirkende Kraft wird kleiner als die der Hauptstufe, die Membrane hebt von ihrem Sitz ab und gibt die Auslaßöffnung frei. Wasser kann nun direkt von der Zuleitung zur Auslaßöffnung strömen.

Bei konstanter Entnahme aus dem Behälter wird der Abstand s, und somit die zwischen Dichtung und Steuerbohrung freigegebene Zylindermantelfläche, durch die Auftriebskraft des Schwimmers, den Hebelweg und die Steigung der Nut, so eingestellt, daß sich wieder ein Kräftegleichgewicht aus Feder-, Druck- und Strömungskräften an der Membran ergibt. Die Membrane wird so in einer bestimmten Position gehalten. Der über die Auslaßöffnung und die Steuerbohrung in den Behälter einfließende Volumenstrom wird demnach genau so groß, wie der aktuell aus dem Behälter entnommene Volumenstrom.

Ändert sich dieser Entnahmestrom, so ändert sich auch mit kurzer Zeitverzögerung der Wasserstand im Behälter, damit die Position des Schwimmers und der Abstand s. Dadurch bildet sich ein neues Kräftegleichgewicht an der Membrane, wodurch diese in eine neue Position gebracht wird und den zuströmenden Volumenstrom entsprechend dem Entnahmestrom vergrößert oder verkleinert.

Wird die Entnahme aus dem Behälter beendet, so steigt der Wasserspiegel solange an, bis der Abstand s wieder Null wird. Es bildet sich erneut ein Kräfteüberschuß auf der Vorsteuerseite der Membrane, wodurch diese den zufließenden Volumenstrom beendet und die angeschlossene Wasserleitung abdichtet.

Die Abdichtung der Steuerbohrung erfolgt über eine an der Stirnfläche des Steuerkolbens angebrachte Gummidichtung, die als Gummischeibe oder auch als O-Ring ausgeführt sein kann. Durch die sehr kleine Vorsteuerbohrung sind die aufzubringenden Schließ- und Steuerkräfte sehr gering, so daß der Verschleiß der Dichtflächen gegenüber herkömmlichen Schwimmerventilen ohne Vorsteuerung sehr klein wird. Dadurch ist eine längere Betriebssicherheit und Lebensdauer gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuseunterteil

2

Auslaßöffnung

3

Zuströmöffnung (Anschluß der Wasserleitung)

4

Überströmbohrung

5

Membran

6

Führungshülse

7

Dichtung

8

Vorsteuerkolben

9

Nut in der Führungshülse

10

Hebel

11

Schwimmer

12

Entlastungsbohrung

13

Vorsteuerbohrung

14

Gehäusedeckel

15

Druckfeder
s Abstand zwischen Dichtung und Vorsteuerbohrung

Claims

1. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil, gekennzeichnet dadurch, daß das Ventil aus einer Vorstufe, einer Hauptstufe, einer darin befindlichen Membrane und einem Schließmechanismus mit Schwimmer besteht.

2. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zu- und die Auslaßöffnung der Hauptstufe einen Winkel zwischen 90° und 180° einschließen.

3. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-2, gekennzeichnet dadurch, daß im Gehäusedeckel eine Vorsteuerbohrung angebracht ist, über die Wasser aus der Vorsteuerstufe ausströmen kann.

4. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorsteuerbohrung einen größeren Durchmesser aufweist als die Überströmbohrung.

5. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Durchmesser von Vorsteuerbohrung zu Überströmbohrung zwischen 1,04 und 1,23 liegt

6. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet dadurch, daß an dem Ventilgehäuse ein Hebelmechanismus angebracht ist.

7. Hebelmechanismus nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß an der Stirnseite des Vorsteuerkolbens eine Dichtung in Form eines Gummielementes, insbesondere in Form eines O-Ringes angebracht ist.

8. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-7, gekennzeichnet dadurch, daß die Hebellänge zwischen Schwimmer und Drehachse größer ist als die zwischen Vorsteuerkolben und derselben Drehachse.

9. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-8, gekennzeichnet dadurch, daß eine Hülse zur Führung des Vorsteuerkolbens eingesetzt wird.

10. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-9, gekennzeichnet dadurch, daß ein Hebel, an dessen einem Ende ein Schwimmer montiert ist, durch eine Nut in der Führungshülse geführt und seitlich am Vorsteuerkolben befestigt ist.

11. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-10, gekennzeichnet dadurch, daß eine in der Hülse angebrachte Nut mit einer Steigung versehen ist.

12. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-11, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis aus Steigung der Nut und Durchmesser der Führungshülse zwischen 0,26°/mm und 0,4°/mm liegt.

13. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-12, gekennzeichnet dadurch, daß eine Entlastungsbohrung seitlich in die Führungshülse eingebracht ist.

14. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-13, gekennzeichnet dadurch, daß die Führungshülse, gleichzeitig die Lagerung des Hebels ist.