DE4217577A1 - Digital dispensing valve for liquid or gas - comprises valves between inlet and outlet lines operable in selective combinations - Google Patents

Abstract

The valve has inlet (1) and outlet (2) pipes carrying a flowing medium and connected together via a number of parallel valves (3A-3D), each with two positions. Each valve has a defined conductance in the open position so that the overall conductance can be set to a number of different values corresp. to different combinations of open and closed valves. The conductances pref. differ by binary steps and the values of flow quantity form an equidistant sequence. ADVANTAGE - Enables desired throughput quantities to be set with increased accuracy and reproducibility.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a metering valve according to the preamble of claim 1.

Beim Umgang mit flüssigen oder gasförmigen Medien steht man häufig vor dem Problem, einer Apparatur eine bestimmte und exakt einzuhaltende Menge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums zuzuführen. Von der Genauigkeit der zugeführten Menge hängt dabei nicht nur der Erfolg eines Experiments oder eines technischen Vorgangs ab. Oftmals können auch schwere Schäden an einer Apparatur verursacht werden, wenn die vorherbestimmte zuzuführende Gas- oder Flüssigkeitsmenge nicht exakt quantitativ eingehalten wird.When dealing with liquid or gaseous media you stand often faced with the problem of a specific and an apparatus exact amount of a liquid or gaseous Feed medium. On the accuracy of the fed Quantity doesn't just depend on the success of an experiment or a technical process. Often you can too serious damage to equipment is caused if the predetermined amount of gas or liquid to be supplied is not observed exactly quantitatively.

Es sind verschiedene Arten von Dosierventilen bekannt, mit denen die Durchflußmenge eines Mediums (Gas oder Flüssig­ keit) gezielt eingestellt werden kann. Die meisten dieser Ventile arbeiten analog, d. h. die Durchflußmenge läßt sich kontinuierlich über einen gewissen Bereich von Hand oder ferngesteuert einstellen. Die Durchflußmenge hängt dabei vom Gasvordruck und vom eingestellten Leitwert des Dosierventils ab. Der Leitwert wird indirekt über eine Steuergröße des Ventils eingestellt. Die Steuergröße kann je nach Ventiltyp z. B. die Stellung eines Schiebers oder das Magnetfeld bei einem Magnetventil sein. Leitwert und Steuergröße hängen über die Ansteuerungskennlinie des Ventils zusammen. Die Ermittlung der Ansteuerungskennlinie ist ein verhältnismäßig komplizierter Vorgang, der wenn möglich nur einmal vorgenommen werden sollte. Da aber andererseits die Ansteuerungskennlinie eines Ventils gewissen langzeitlichen Schwankungen unterworfen ist, kann ein gewünschter Leitwert nicht immer reproduzierbar eingestellt werden. Da der Leit­ wert im Gegensatz zum Gasvordruck auch nicht problemlos gemessen werden kann, bedeutet dies, daß die Durchflußmenge des Mediums nicht immer reproduzierbar eingestellt werden kann.Different types of metering valves are known with which the flow rate of a medium (gas or liquid speed) can be set specifically. Most of these Valves work analogously. H. the flow rate can be continuously over a certain area by hand or set remotely. The flow rate depends on Gas admission pressure and the set conductivity of the metering valve from. The guide value is determined indirectly via a control variable of the Valve set. The control variable can vary depending on the valve type e.g. B. the position of a slide or the magnetic field a solenoid valve. The conductance and the control variable depend via the control characteristic of the valve. The Determination of the control characteristic is a proportional one complicated process that if possible only once should be made. But since on the other hand the Control characteristic of a valve certain long-term Is subject to fluctuations, a desired conductance cannot always be set reproducibly. Because the leader  In contrast to the gas pre-pressure, it is not without problems can be measured, this means that the flow rate of the medium cannot always be set reproducibly can.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dosierventil mit verbesserter Genauigkeit und Reproduzier­ barkeit einer gewünschten Durchflußmenge eines Mediums anzugeben.It is accordingly an object of the present invention Metering valve with improved accuracy and reproducibility Availability of a desired flow rate of a medium specify.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed according to the characteristic part of the Claim 1 solved.

Die Erfindung sieht vor, daß eine Anzahl von Ventilen unter­ schiedlicher Leitwerte parallelgeschaltet werden, so daß durch Auswahl einer Kombination geöffneter und geschlossener Ventile eine Anzahl von diskreten Werten der Durchflußmenge zur Verfügung steht. Die Erfindung kann vorteilhafterweise dann eingesetzt werden, wenn kein besonderer Bedarf an einem kontinuierlich einstellbaren Gasfluß besteht, sondern nur eine bestimmte Anzahl von diskreten Werten der Durchfluß­ menge zuverlässig und reproduzierbar eingestellt werden muß. Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß ein Ventil, das nur noch zwei Schalterstellungen (Auf/Zu) einnehmen kann, in beiden Schalterstellungen definierte Leitwerte aufweist, nämlich in der geschlossenen Stellung trivialerweise den Wert Null und in der geöffneten Stellung einen definierten Leitwert, der z. B. nur noch von dem Ventildurchmesser abhängt. Außerdem kann ein Ventil, das nur zwei Schalter­ stellungen fähig ist, robuster ausgelegt werden als ein kontinuierlich einstellbares Ventil.The invention provides that a number of valves under different master values are connected in parallel so that by choosing a combination of open and closed Valves a number of discrete values of flow rate is available. The invention can advantageously can be used when there is no special need for one there is continuously adjustable gas flow, but only a certain number of discrete values of flow quantity must be set reliably and reproducibly. The invention also has the advantage that a valve that can only assume two switch positions (open / closed) in has defined master values in both switch positions, namely, in the closed position, trivially the Value zero and a defined one in the open position Conductance, the z. B. only from the valve diameter depends. It can also have a valve that has only two switches positions can be designed to be more robust than one continuously adjustable valve.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of Invention can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Figur skizzierten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is described below with reference to a figure outlined embodiment explained in more detail.  

In der Figur ist ein Dosierventil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Dosierventil 10 enthält eine erste eingangsseitige Rohrleitung 1, durch die ein strömendes Medium (Gas oder Flüssigkeit) der Anordnung zugeführt wird und eine zweite ausgangsseitige Rohrleitung 2, durch die das Medium weggeführt wird. Die eingangsseitige und die ausgangsseitige Rohrleitung sind durch eine Anzahl N einzelner parallel zueinander angeordneter Ventile miteinander verbunden. In der Figur sind beispielhaft N=4 Ventile 3A-D vorgesehen. Diese Ventile sind lediglich zweier Stellungen (Auf/Zu) fähig und besitzen im geöffneten Zustand einen fest eingestellten Leitwert, der z. B. nur von dem Ventildurchmesser abhängt. Die Ventile können vorteil­ hafterweise unterschiedliche Leitwerte aufweisen, was in der Figur durch unterschiedliche Leitungsdurchmesser versinn­ bildlicht ist. Bei einer gegebenen Kombination geöffneter Ventile lassen sich also m verschiedene Werte für die Durchflußmenge des Mediums durch das Dosierventil einstellen. Weiterhin können vorteilhafterweise die Leit­ werte der einzelnen Ventile binär abgestuft sein, d. h. Leitwert = 1, 2, 4, 8 (willkürliche Einheiten) für die Ventile 3A, 3B, 3C, 3D, so daß m = 2^N = 2⁴ = 16 verschiedene äquidistant abgestufte Werte für die Durchflußmenge ein­ gestellt werden können. Dadurch daß jedes Ventil im geöffneten Zustand einen unveränderlichen, da nur von seinem Durchmesser abhängigen Leitwert aufweist, läßt sich jeder bei gegebener Kombination geöffneter Ventile erreichbare Wert der Durchflußmenge sicher und reproduzierbar einstellen.In the figure, a metering valve 10 according to the present invention is shown. The metering valve 10 contains a first inlet-side pipeline 1 , through which a flowing medium (gas or liquid) is fed to the arrangement, and a second outlet-side pipeline 2 , through which the medium is led away. The inlet-side and the outlet-side pipeline are connected to one another by a number N of individual valves arranged parallel to one another. In the figure, N = 4 valves 3 A-D are provided as an example. These valves are only capable of two positions (open / close) and, when open, have a fixed master value, which e.g. B. only depends on the valve diameter. The valves can advantageously have different conductivities, which is illustrated in the figure by different line diameters. Given a combination of open valves, m different values can be set for the flow rate of the medium through the metering valve. Furthermore, the master values of the individual valves can advantageously be graded in binary, ie master value = 1, 2, 4, 8 (arbitrary units) for the valves 3 A, 3 B, 3 C, 3 D, so that m = 2 ^N = 2 ⁴ = 16 different equidistantly graduated values for the flow rate can be set. Because each valve in the open state has an unchangeable conductance value, which depends only on its diameter, each value of the flow rate achievable with a given combination of open valves can be set reliably and reproducibly.

Die Ventile können entweder von Hand einstellbar oder elektrisch oder pneumatisch betätigbar sein.The valves can either be adjusted by hand or be operated electrically or pneumatically.

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise dadurch weiter­ gebildet werden, daß die Stellung des Ventils zeitabhängig getaktet werden kann, um eine Feinabstufung der Durchfluß­ menge zu erzielen. Dazu bietet es sich an, nur das Ventil mit dem kleinsten Leitwert im Takt anzusteuern. Die Zeit­ abhängigkeit der Schalterstellung kann z. B. eine Recht­ eckfunktion mit vorgegebener Periode sein. Die Periode sollte dabei lang im Verhältnis zur mechanischen Ansprech­ zeit der Ventile sein. Jede Periode enthält eine Einschalt­ zeit und eine Ausschaltzeit, und das Verhältnis von Ein­ schaltzeit zu Ausschaltzeit definiert ein Tastverhältnis. Durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses kann so auch jeder beliebige Zwischenwert der Durchflußmenge eingestellt werden, so daß aus einer diskreten Dosierung eine kontinuierliche Dosierung der Durchflußmenge zurückgewonnen werden kann.The invention can thereby further advantageously formed that the position of the valve is time-dependent can be clocked to fine tune the flow to achieve a lot. To do this, the only option is the valve  to be driven with the smallest conductance in time. The time Depending on the switch position, z. B. a right corner function with a given period. The period should be long in relation to the mechanical response time of the valves. Each period contains an activation time and an off time, and the ratio of on Switching time to switching off time defines a duty cycle. A suitable choice of the duty cycle can also be used any intermediate value of the flow rate is set be, so that from a discrete dosage continuous metering of the flow rate recovered can be.

Weiterhin kann eine Ansteuerung des Dosierventils durch eine Steuer- und Recheneinrichtung 4 erfolgen, die mit einer Eingabeeinrichtung 5 verbunden ist, an der eine gewünschte Durchflußmenge durch einen Benutzer eingegeben wird. Die Recheneinrichtung ermittelt daraufhin die erforderliche Kombination geöffneter und geschlossener Ventile, bestimmt, falls erforderlich, ein Ventil, das getaktet werden soll und ermittelt das Taktverhältnis. Für den Fall, daß eine zeit­ abhängige Ansteuerung eines der Ventile notwendig ist, wird die Steuer- und Recheneinrichtung 4 hierfür im Regelfall das Ventil mit dem kleinsten Leitwert bestimmen, und für alle anderen Ventile mit höheren Leitwerten eine feste Schalter­ stellung vergeben.Furthermore, the metering valve can be controlled by a control and computing device 4 , which is connected to an input device 5 , on which a desired flow rate is entered by a user. The computing device then determines the required combination of open and closed valves, determines, if necessary, a valve that is to be clocked and determines the clock ratio. In the event that a time-dependent control of one of the valves is necessary, the control and computing device 4 will as a rule determine the valve with the lowest conductance, and assign a fixed switch position for all other valves with higher conductances.

Die eingestellte Durchflußmenge des Dosierventils ist sehr genau reproduzierbar und hängt bei gegebener Kombination geöffneter Ventile nur noch vom Gasdruck ab. In den meisten Fällen wird man den Gasvordruck genau vorher ein­ stellen, etwa durch mechanische Druckregelventile, und das Dosierventil nicht eher betätigen, als bis der Vordruck einen vorgegebenen Sollwert erreicht hat. Es kann aber auch vorgesehen sein, in der ersten eingangsseitigen Rohrleitung 1 einen Drucksensor 6 anzubringen, der den Gasvordruck mißt, und den gemessenen Druckwert an die Steuer- und Rechen­ einrichtung 4 übermittelt. Dieser Druckwert kann dann in die Berechnung der Kombination geöffneter und geschlossener Ventile und des Tastverhältnisses der zeitabhängig gesteuerten Ventile mit einfließen. Im laufenden Betrieb kann z. B. der Vordruck entweder permanent oder in bestimmten Zeitabständen gemessen und an die Steuer- und Rechen­ einrichtung 4 weitergegeben werden. Bei eventuell auf­ tretenden Vordruckschwankungen kann somit die Steuer- und Recheneinrichtung 4 reagieren und den Gesamt-Leitwert des Dosierventils entsprechend verändern.The set flow rate of the metering valve can be reproduced very precisely and, for a given combination of open valves, only depends on the gas pressure. In most cases, you will set the gas pre-pressure exactly beforehand, for example using mechanical pressure control valves, and do not operate the metering valve until the pre-pressure has reached a predetermined setpoint. However, it can also be provided to mount a pressure sensor 6 in the first inlet-side pipeline 1 , which measures the gas admission pressure, and transmits the measured pressure value to the control and computing device 4 . This pressure value can then be included in the calculation of the combination of open and closed valves and the duty cycle of the time-controlled valves. During operation, e.g. B. the form either measured permanently or at certain intervals and passed to the control and computing device 4 . If there are any fluctuations in the upstream pressure, the control and computing device 4 can react and change the overall conductance of the metering valve accordingly.

Als Auf/Zu-Ventile können z. B. kommerziell erhältliche Ventile verwendet werden. Die Gasdosierung kann durch zusätzliche in Reihe geschaltete Dosierventile eingestellt werden, die ebenfalls kommerziell erhältlich sind.As on / off valves z. B. commercially available Valves are used. The gas metering can be done by additional metering valves connected in series are set which are also commercially available.

Claims (10)

1. Dosierventil zur Einstellung der Durchflußmenge eines strömenden Mediums mit einer ersten eingangsseitigen Rohr­ leitung und einer zweiten ausgangsseitigen Rohrleitung, wobei das Medium durch die erste Rohrleitung einströmt und durch die zweite Rohrleitung ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste eingangsseitige Rohrleitung (1) und die zweite ausgangsseitige Rohrleitung (2) durch eine Anzahl N parallel zueinander angeordneter Ventile (3A, 3B, . . . ) miteinander verbunden sind, wobei die Ventile (3A, 3B, . . . ) zweier Stellungen (Auf/Zu) fähig sind und im geöffneten Zustand einen fest eingestellten Leitwert aufweisen, so daß die Durchflußmenge bei gegebener Stellung (Auf/Zu) der Ventile (3A, 3B, . . . ) eine Anzahl in verschiedener Werte annehmen kann.1. Dosing valve for adjusting the flow rate of a flowing medium with a first inlet-side pipe and a second outlet-side pipe, the medium flowing in through the first pipe and flowing out through the second pipe, characterized in that the first inlet-side pipe ( 1 ) and the second output-side piping (2) parallel to each other by a number N arranged valves (3 a, 3 B,...) are connected, said valves (3 a, 3 B,...) of two positions (on / off) are capable and, in the open state, have a fixed conductivity, so that the flow rate for a given position (open / close) of the valves ( 3 A, 3 B,...) can assume a number in different values. 2. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwerte sämtlich oder teilweise voneinander verschieden sind.2. Dosing valve according to claim 1, characterized in that the guide values are all or partially different from one another are. 3. Dosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwerte binär abgestuft sind, so daß m = 2^N ist und die Werte der Durchflußmenge eine äquidistante Folge von Werten bilden.3. Dosing valve according to claim 2, characterized in that the conductance values are binary graded so that m = 2 ^N and the values of the flow rate form an equidistant sequence of values. 4. Dosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung (Auf/Zu) der Ventile (3A, 3B, . . . ) zeitunabhängig ist. 4. Dosing valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the position (open / close) of the valves ( 3 A, 3 B,...) Is time-independent. 5. Dosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung (Auf/Zu) eines Teiles der Ventile (3A, 3B, . . . ) oder aller Ventile (3A, 3B, . . . ) zeitabhängig ist, so daß die Durchflußmenge jeden beliebigen Zwischenwert zwischen der Anzahl m verschiedener Werte annehmen kann.5. Dosing valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the position (open / close) of part of the valves ( 3 A, 3 B,...) Or all valves ( 3 A, 3 B,... ) is time-dependent, so that the flow rate can assume any intermediate value between the number m of different values. 6. Dosierventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Stellung (Auf/Zu) des Ventils mit dem kleinsten Leitwert zeitabhängig ist.6. Dosing valve according to claim 5, characterized in that only the position (open / close) of the valve with the smallest Conductance is time-dependent. 7. Dosierventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeitabhängigkeit eine Rechteck-Funktion mit vorgegebener Periode ist, und daß jede Periode eine Einschaltzeit, in der das Ventil geöffnet ist, und eine Ausschaltzeit, in der das Ventil geschlossen ist, enthält, und daß das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit ein Tastverhältnis definiert, und daß durch Wahl des Tast­ verhältnisses jeder beliebige Zwischenwert der Durchflußmenge zwischen der Anzahl m verschiedener Werte eingestellt werden kann.7. Dosing valve according to claim 5 or 6, characterized records that the time dependency is a rectangle function with a given period, and that each period is a Switch-on time in which the valve is open and a Includes the switch-off time in which the valve is closed, and that the ratio of on time to off time on Duty cycle defined, and that by choosing the tact any intermediate value of the flow rate can be set between the number m of different values can. 8. Dosierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (5), zum Eingeben eines gewünschten Wertes der Durchflußmenge und zur Übermittlung dieses Wertes an eine mit der Eingabeeinrichtung (5) gekoppelte Steuer- und Recheneinrichtung (4) zum Errechnen der Kombination der geöffneten und geschlossenen Ventile (3A, 3B, . . . ) und gegebenenfalls des Tast­ verhältnisses der mit zeitabhängiger Stellung (Auf/Zu) arbeitenden Ventile (3A, 3B, . . . ) in Abhängigkeit von dem gewünschten Wert der Durchflußmenge.8. Dosing valve according to one of the preceding claims, characterized by an input device ( 5 ) for entering a desired value of the flow rate and for transmitting this value to a control and computing device ( 4 ) coupled to the input device ( 5 ) for calculating the combination of Open and closed valves ( 3 A, 3 B,...) and, if applicable, the keying ratio of the valves ( 3 A, 3 B,...) working with the time-dependent position (open / close) depending on the desired value of the flow rate . 9. Dosierventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Rohrleitung (1) ein Drucksensor (6) angeordnet ist, und daß der Drucksensor (6) den Druck des Mediums abfühlt und an die Steuer- und Recheneinrichtung (4) übermittelt zum Errechnen der Kombination der geöffneten und geschlossenen Ventile (3A, 3B, . . . ) und gegebenenfalls des Tastverhältnisses der mit zeitabhängiger Stellung (Auf/Zu) arbeitenden Ventile (3A, 3B, . . . ) in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck und von dem gewünschten Wert der Durch­ flußmenge durch die Recheneinrichtung (4).9. Dosing valve according to claim 8, characterized in that a pressure sensor ( 6 ) is arranged in the first pipe ( 1 ), and that the pressure sensor ( 6 ) senses the pressure of the medium and transmits it to the control and computing device ( 4 ) calculate the combination of open and closed valves (. 3 A, 3 B,..) and optionally the duty cycle of the time-dependent position (open / closed) operating valves (3. A, 3 B,..) in response to the measured Pressure and the desired value of the flow rate through the computing device ( 4 ). 10. Dosierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwerte der Ventile (3A, 3B, . . . ) durch den Ventildurchmesser bestimmt sind.10. Dosing valve according to one of the preceding claims, characterized in that the conductance values of the valves ( 3 A, 3 B,...) Are determined by the valve diameter.