DE3315972C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein pilotgesteuertes Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei verschiedenen Anlagen, die mit strömenden Flüssigkeiten arbeiten, beispielsweise Vorrichtungen für die automatische Zuteilung einer Flüssigkeit an verschiedene Bedarfsstellen, müssen in relativ kurzer Zeit große Flüssigkeitsmengen sehr genau den Bedarfsstellen zugeteilt werden. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise eine Tankstelle mit Selbstbedienung. Dabei sind Betriebsweisen vorgesehen, bei denen der Verbraucher zunächst für eine bestimmte Kraftstoffmenge bezahlt, und es ist dann dafür Sorge zu tragen, daß an der Kraftstoffzapfsäule die bezahlte Kraftstoffmenge genau entnommen werden kann. Um das zu ermöglichen ist es bekannt, zwei verschiedene Zapfventile nacheinander zur Wirkung zu bringen. Zunnächst wird mittels eines Ventils mit hoher Durchströmrate sehr schnell so viel Kraftstoff entnommen, bis man in die Nähe der vorbezahlten Kraftstoffmenge kommt; danach wird über ein Ventil mit kleiner Durchströmrate entsprechend langsamer der restliche Kraftstoff sehr genau entnommen. Während der Entnahme der Restkraftstoffmenge mittels des Ventils mit kleiner Durchströmrate ist das erste Ventil mit großer Durchströmrate geschlossen. Würde statt der beiden Ventile nur das erste Ventil mit der großen Durchströmrate verwendet, so wäre es für den Kunden auch bei großem Geschick kaum möglich, die Kraftstoffentnahme genau bei dem bezahlten Wert zu beenden. Würde nur das zweite Ventil mit der kleinen Durchströmrate verwendet, so würde die Kraftstoffentnahme sehr lange dauern.

Die Anordnung mit zwei Ventilen arbeitet somit zufriedenstellend, dieser Vorteil wird aber mit dem relativ hohen Aufwand zweier Ventile erzielt. Der bauliche Aufwand ist deshalb besonders hoch, weil die Ventile üblicherweise solenoidgesteuert sind, so daß zwei separate Solenoidsteuerungen notwendig sind. Es sind also insgesamt zwei eigentliche Ventile, zwei separate Solenoidsteuerungen, zwei elektrische Kreise für die Solenoidsteuerungen und zwei Rohrleitungssysteme notwendig.

Aus der DE-AS 12 11 450 ist bereits ein pilotventilgesteuertes Ventil bekannt, bei dem das Hauptventil mittels eines Pilotventils geöffnet und geschlossen wird. Durch das Öffnen des Pilotventils strömt Druckmittel aus einer Kammer über das geöffnete Pilotventil ab und durch den dadurch hervorgerufenen Druckabfall in dieser Kammer wird das Hauptventil geöffnet und umgekehrt. Es sind bei dem bekannten Ventil folglich nur zwei Zustände möglich, nämlich die Offenstellung einerseits, in der Druckmittel sowohl durch das geöffnete Pilotventil als auch durch das dadurch geöffnete Hauptventil strömt, und andererseits die Schließstellung, in der kein Druckmittelstrom möglich ist.

In der DT-PS 2 16 515 ist ein ähnliches Ventil beschrieben mit dem Unterschied, daß das Pilotventil in seiner Offenstellung oszillierend betrieben werden kann, woraus in der Offenstellung des Hauptventils eine mehr oder weniger weite Öffnung desselben folgt. Eine Durchströmung des Pilotventils bei geschlossenem Hauptventil ist nicht möglich.

Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß neben einer Schließstellung, in der kein Durchfluß durch das Ventil stattfindet und einer Offenstellung, bei der der Druckmitteldurchfluß sowohl durch das Hauptventil als auch das Pilotventil erfolgt, auch ein Druckmittelfluß in geringerem Umfang durch alleinige Steuerung des Pilotventils bei geschlossenem Hauptventil stattfinden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem gattungsgemäßen Ventil durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1ein erfindungsgemäßes Ventil als Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Pilotventilteil, wobei das Ventil geschlossen ist, als Schnitt,

Fig. 2 in gleicher Darstellung die gleiche Anordnung, wobei sich das Ventil jedoch in der Öffnungsstellung befindet,

Fig. 3 in gleicher Darstellung die gleiche Anordnung, wobei sich das Ventil jedoch in einer Teilöffnungsstellung befindet, in der das Hauptventil geschlossen ist und das Pilotventil bei oszillierendem Ventilglied sich in der Öffnungsstellung befindet,

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen elektrischen Schaltkreis zur Erregung des Solenoides des Pilotventils und

Fig. 5 in schematischer Darstellung einen elektrischen Schaltkreis zur Erregung des Solenoides des Pilotventils in einer zweiten Ausführungsform.

Das zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung ausgewählte Ventil schließt ein Ventilgehäuse 10 mit einem Fluideinlaß 11, einem Fluidauslaß 12 und einer Durchgangsöffnung 13 zwischen Ein- und Auslaß ein, wobei die Durchgangsöffnung 13 von einem ringförmigen Hauptventilsitz 14 umgeben ist. Auf dem Ventilgehäuse 10 ist ein Gehäuseaufsatz 15 aufgesetzt. Ventilgehäuse 10 und Gehäuseaufsatz 15 sind durch nicht dargestellte Bolzen miteinander verbunden.

Zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Gehäuseaufsatz 15 ist der Rand einer flexiblen Membrane 18 eingeklemmt. Mit Dichtungen 19 sind Ventilgehäuse 10 und Gehäuseaufsatz flüssigkeitsdicht einander zugeordnet. Der Unterseite der Membrane 18 ist ein Hauptventilverschlußstück 20 zugeordnet, das zum Zusammenwirken mit dem Hauptventilsitz 14 (Fig. 1) zu bringen ist, um das Hauptventil zu schließen, und das aus dem Bereich des Ventilsitzes herauszubringen ist (Fig. 2), um das Hauptventil zu öffnen. Eine Druckfeder 21 zwischen Gehäuseaufsatz 15 und einer Tragplatte 22 auf der Oberseite der Membrane 18 wirkt stetig auf die Membrane und das Hauptventilverschlußstück ein, um beide in Richtung einer Bewegung auf den Hauptventilsitz 14 zu belasten.

Der Gehäuseaufsatz 15 und die Membrane 18 bilden zwischen sich eine Kammer 23. Diese Kammer 23 steht in ständiger Verbindung mit dem Fluideinlaß 11, wozu in ein entsprechendes Loch der Membrane einee Bundbüchse 24 eingesetzt ist.

Mit seiner rechten Seite (Fig. 1 bis 3) bildet der Gehäuseaufsatz 15 den Ventilkörper 15′ eines Pilotventils. Der Ventilkörper 15′ schließt den Einlaß 27 des Pilotventils ein, der mit der Kammer 23 in Verbindung steht, sowie den Auslaß 28 des Pilotventils, der mit dem Fluidauslaß 12 über eine Öffnung 29 der Membrane 18 in Verbindung steht. Außerdem bildet der Ventilkörper 15′ eine Pilotventilöffnung 30 zwischen Piloteinlaß 27 und Pilotauslaß 28, die von dem ringförmigen Pilotventilsitz 31 umgeben ist. In den Pilotventilkörper 15′ ist ein Stopfen 32 eingeschraubt, der ein Rohr 33 trägt, das ein in seiner Längsrichtung verstellbares Stellglied 34 aufnimmt. An seinem unteren Ende trägt das Stellglied ein elastisches Pilotventilverschlußstück 35, das zum Zusammenwirken mit dem Pilotventilsitz 31 zu bringen ist (Fig. 1), um das Pilotventil zu schließen und das von dem Pilotventilsitz 31 zu entfernen ist, um das Pilotventil zu öffnen (Fig. 2). Auf das Stellglied 34 wirkt ständig eine Druckfeder 36 ein, um diesem die Tendenz zu geben, sich am Ventilsitz 31 anzulegen. Der Ventilkörper 15 und der Stopfen 32 bilden zwischen sich eine Pilotventilkammer 37, die ständig durch den Pilotventileinlaß 27 mit der Kammer 23 in Verbindung steht.

Eine Solenoidventilwicklung 40 umgibt das Rohr 33 und ist innerhalb eines Gehäuses 41 angeordnet; sie ist nicht in Fig. 1 bis 3, sondern nur in Fig. 4, 5 dargestellt.

Wird die Wicklung 40 erregt, so hebt das Stellglied 34 das Rohr 33 entgegen der Wirkung der Feder 36 an, um zum Zusammenwirken mit einem stationären Anschlag 42 zu kommen, der im oberen Endbereich des Rohres 33 angeordnet ist (Fig. 2). Bei dieser Betriebsstellung ist das Pilotventil vollständig geöffnet. Nach dem Entregen der Solenoidventilwicklung bringt die Feder 36 das Stellglied 34 in die Position zurück, in der das Ventilglied 35 mit dem Ventilsitz 31 zusammenwirkt, um das Pilotventil zu schließen (Fig. 1).

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Solenoidwicklung 40 in notwendigem Maß von zwei verschiedenen Stromquellen aus gespeist werden, wie es beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Die Anschlußklemmen 45 und 46 sind an eine Stromquelle anschließbar, beispielsweise an eine solche mit 120 Volt, 60 Hertz Wechselstrom. Ein verstellbares Schalterelement 47 kann wechselweise zum Zusammenwirken mit einer der beiden Anschlußklemmen 48, 49 gebracht werden. Die Anschlußklemme 48 liegt in Serie an der Solenoidwicklung 40 und der Anschlußklemme 46. Nimmt das Schalterelement 47 die Stellung ein, die durch ausgezogene Linien gekennzeichnet ist, so verbindet es die beiden Anschlußklemmen 45 und 48 miteinander, und ein Vollwellenstrom wird der Wicklung 40 zugeführt, so daß sich das Stellglied 34 in eine stabile Lage bewegt und dabei mit dem stationären Anschlag 42 zusammenwirkt. Die Anschlußklemme 49 ist mit einer Diode 50, der Wicklung 40 und der Anschlußklemme 46 in Reihe geschaltet. Wird das Schalterelement 47 in die durch eine unterbrochene Linie gekennzeichnete Stellung geschwenkt (Fig. 4), so wirkt es mit der Anschlußklemme 49 zusammen und ein gerichteter Halbwellenstrom wird der Wicklung 40 zugeführt. Das veranlaßt das Stellglied 34 in der Weise zu schwingen, daß sich der Abstand zwischen ihm und dem Ventilsitz 31 abwechselnd verringert und vergrößert, wobei das Ausmaß der oszillierenden Bewegung in Fig. 3 durch den Bereich 51 gekennzeichnet ist.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ventiles erläutert. Angenommen wird hierfür, daß zunächst die Solenoidwicklung 40 entregt ist, d. h. die Anschlußklemmen 45 und 46 von einer Stromquelle getrennt sind und das Ventil die in Fig. 1 dargestellte Stellung einnimmt. Fluid mit Eingangsdruck füllt dabei vom Einlaß 11 über die Öffnung der Bundbüchse 24 die Kammer 23 , wobei das gleiche Fluid auch die Kammer 37 über die Öffnung 27 füllt. Die auf die Oberseite der Membrane 18 vom Fluiddruck erzeugte Kraft hält zusammen mit der Kraft der Feder 21 das Hauptventilglied 20 in Anlage am Sitz 14 , um das Hauptventil geschlossen zu halten. Die Feder 36 hält das Pilotventilglied 35 in Anlage am Sitz 31 , um das Pilotventil geschlossen zu halten.

Werden nun die Anschlußklemmen 45, 46 mit einer Stromquelle zu einem Wechselstrom verbunden, wozu ein nicht dargestellter Schalter benutzt wird und kommt dabei das Schalterelement 47 in Berührung mit der Anschlußklemme 48 , so wird der Solenoidwicklung 40 ein Vollwellenstrom zugeführt. Hierdurch wird das Stellglied 34 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung angehoben und dabei das Pilotventil geöffnet. Unter Druck stehendes Fluid innerhalb der Pilotventilkammer 37 strömt durch den Pilotventilauslaß 28 zum Hauptauslaß 12. Unter Druck stehendes Fluid in der Kammer 23 strömt durch den Pilotventileinlaß 27 in die Kammer 37 und danach durch die Öffnung 28 zum Hauptauslaß 12 . Als Folge hiervon verringert sich der von oben auf die Membrane 18 wirkende Druck und der auf die Unterseiten der Membrane 18 und des Bereiches des Ventilgliedes 20 , der den Ventilsitz 14 umgibt, wirkende Eingangsdruck veranlaßt die Membrane und das Ventilglied, sich nach oben in die Stellung der Fig. 2 zu bewegen und dabei das Hauptventil zu öffnen.

Obwohl auch weiterhin Hochdruckfluid durch die Öffnung der Bundbüchse 24 in die Kammer 23 gelangt, baut sich in der Kammer weiterhin kein Druck auf, weil die Strömungsquerschnitte der Pilotventilöffnungen 27 und 28 und der Pilotventilöffnung größer sind als der Strömungsquerschnitt der Bundbüchse 24 . Auf diese Weise bleibt das Hauptventil offen, solange das Pilotventil in seiner stabilen Öffnungsstellung (Fig. 2) bleibt. Strömungsmittel strömt mit einer hohen Strömungsrate durch das Ventil.

Nähert sich das Volumen der austretenden Flüssigkeit dem gewünschten Wert, so wird das Schalterelement 47 automatisch umgeschaltet, um statt mit der Anschlußklemme 48 mit der Anschlußklemme 49 in Berührung zu kommen. Hierdurch wird die Solenoidwicklung 40 nicht länger mit gerichtetem Vollwellenwechselstrom erregt, stattdessen aber mit gerichtetem Halbwellenwechselstrom, weil die Diode 50 jede alternierende Halbwelle des Stromes daran hindert, die Wicklung 40 zu erreichen. Die Wirkung der Halbwelle reicht nicht aus, das Stellglied 34 in der stabilen Stellung gemäß Fig. 2 zu halten. Stattdessen veranlaßt der Halbwellenstrom das Stellglied zu oszillieren und dadurch den Abstand vom Ventilsitz 31 gemäß Fig. 3 abwechselnd zu vergrößern und zu verringern. Das Oszillieren des Pilotventilgliedes 35, das Teil des Stellgliedes 34 ist, im Bereich nahe dem Ventilsitz 31 ermöglicht es, daß ein Teil der Flüssigkeit aus der Kammer 37 durch die Öffnung 30 zum Auslaß 12 gelangt. Diese Strömungsrate ist jedoch geringer, als wenn das Pilotventil gemäß Fig. 2 voll geöffnet ist. Im Ergebnis ist die Strömungsrate durch die Öffnung 30 beim Oszillieren des Ventilgliedes 35 kleiner oder gleich der Strömungsrate der durch die Öffnung 24 in die Kammer 23 eintretenden Flüssigkeit. Als Folge hiervon baut sich in der Kammer 23 ein Flüssigkeitsdruck auf, der zusammen mit der Wirkung der Feder 21 das Ventilglied 20 zum Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 14 bringt, um das Hauptventil zu schließen und eine hohe Durchflußrate durch das Ventil zu beenden. Es erfolgt lediglich eine weitere Flüssigkeitsströmung durch das Ventil mit geringerer Strömungsrate vom Einlaß 11 aus durch die Bohrung der Bundbüchse 24, die Kammer 23 , den Pilotventileinlaß 27 , die Pilotventilkammer 37 und den Pilotventilauslaß 28 zu dem Auslaß 12 des Hauptventiles. Diese Strömung mit geringer Strömungsrate wird fortgesetzt, bis die vorbeschriebene Flüssigkeitsmenge erreicht ist. Ist dieser Punkt erreicht, so wird die Stromzuführung zu den Anschlußklemmen 45, 46 automatisch unterbrochen. Die Solenoidwicklung 40 wird dann vollständig entregt und das Pilotventil schließt (Fig. 1).

Ein alternativer Schaltkreis zum Erregen der Solenoidwicklung 40 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Anschlußklemmen 45′, 46′, die den Anschlußklemmen der Fig. 4 entsprechen, sind mit einer Stromquelle für üblichen Wechselstrom verbindbar. Die Klemme 45′ ist in Serie geschaltet mit einer Diode 53 , eine Spule 40 und der Anschlußklemme 46′. Parallel zur Spule 40 sind untereinander in Reihe geschaltete Diode 54 und Schalter 55 angeordnet. Wird den Klemmen 45′ und 46′ bei geschlossenem Schalter 55 Strom zugeführt, so wird ein Halbwellenstrom der Spule 40 zugeführt. Da jedoch die Stromführung durch die Spule 40 und durch die Diode 54 erfolgt, ist bei völlig geöffnetem Ventil (Fig. 2) die Strömungsrate hoch. Ein Öffnen des Schalters 55 bewirkt, daß ein Halbwellenstrom nur der Spule 40 zugeführt wird, so daß das Stellglied 34 oszilliert (Fig. 3) und die Strömung durch das Ventil bei geringer Strömungsrate erfolgt.

Claims (4)

1. Ventil mit einem Fluideinlaß (11) am einen Ende eines Ventilgehäuses (10) , einem Fluidauslaß (12) am anderen Ende des Ventilgehäuses und einer von einem Hauptventilverschlußstück (20) im Zusammenwirken mit einem Hauptventilsitz (14) gesteuerten Durchgangsöffnung (13) zwischen Ein- und Auslaß sowie einem elektromagnetisch gesteuerten Pilotventil, dessen Pilotventilverschlußstück (35) eine Pilotventilöffnung (30) betätigt, die einerseits mit dem Fluideinlaß, andererseits mit dem Fluidauslaß verbunden ist, wobei das Pilotventil sowohl für eine Offen/Geschlossenstellung, in der bei offenem Pilotventil infolge eines Druckabfalls auf der dem Fluideinlaß abgekehrten Seite des Hauptventilverschlußstücks (20) ein Abheben des Hauptventilglieds vom Hauptventilsitz, d. h. ein Öffnen des Hauptventils erfolgt, bzw. bei geschlossenem Pilotventil ein Druckaufbau auf der dem Fluideinlaß abgekehrten Seite des Hauptventilverschlußstücks erfolgt, so daß das Hauptventilverschlußstück auf dem Hauptventilsitz aufsitzt und das Hauptventil schließt, als auch für eine oszillierende Bewegung des Pilotventils ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der oszillierenden Bewegung des Pilotventilverschlußstücks (35) relativ zum Pilotventilsitz (31) das Hauptventil schließt und lediglich ein geringer Durchfluß ausschließlich durch die Pilotventilöffnung stattfindet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventilglied (35) von einem Mittel gesteuert wird, das zwei verschiedene elektrische Stromquellen aufweist, von denen eine das Pilotventil veranlaßt, eine stabile Stellung einzunehmen, in der das Pilotventil offen ist, während die andere das Pilotventilglied zum Oszillieren veranlaßt.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventilglied (35) von einem Mittel gesteuert wird, daß ein solenoidgesteuertes Stellglied (34) einschließt, das als Folge der Erregung und Entregung des Solenoids entweder zum Oszillieren oder zum Verharren in einer stabilen Stellung veranlaßt wird, in der das Pilotventil offen ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erregen des Solenoides ein Mittel zur wechselweisen Zuführung eines Halb- und eines Ganzwellenwechselstromes zu dem Solenoid einschließt.