DE3315972C2 - - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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