Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Steuerung des Abflusses einer Flüssigkeit aus einer Druckquelle bekannt. Solche Vorrichtungen ,,erden beispielsweise dazu benutzt, den Fliissig keitszufluss zu einem Behälter. z.B. zu einem Wasserbehälter.
zu regulieren. so dass in diesem stets ein gleiches vorbestimmtes Niveau bestehen bleibt.
Es ist bekannt. die Aufrechterhaltung eines gleichen Niveaus in einem Behälter dadurch zu sichern. dass man ein sogenanntes Schwimmerventil anwendet. bei welchem eine Kugel auf der Flüssigkeit des Behälters schwimmt, wobei ein Arm, an dessen Ende die Kugel befestigt ist, mit einem Ventilelement verbunden ist, welches in der Zuflussieitung sitzt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass dann, wenn der Schwimmer bei Erhöhung des Flüssigkeitsniveaus hochgehoben wird. das Ventilelement in die Schliessstellung geht und umgekehrt.
Bei derartigen Vorrichtungen ergibt sich das Problem, dass die Kraft. die zur Betätigung des Ventilelements eines solchen Ventils gebraucht wird, von dem angehobenen Schwimmer gegen den Flüssigkeitsdruck in der Leitung aufgebracht werden muss. Aus diesem Grunde müssen daher der Schwimmerdurchmesser und die Länge des Armes. der den Schwimmer trägt, so gewählt werden. dass der Schwimmer genügend Hebemoment aufbringt. um das Ventilelement gegen den Flüssigkeitsdruck zu bewegen. Die hierbei gebrauchten verhältnismässig grossen Dimensionen erhöhen die Kosten, und dort. wo es sich bei der Flüssigkeit um Trinkwasser handelt, müssen Messingteile verwendet werden. die bekanntlich sehr teuer sind. Wenn man z.B. die Abmessungen des Schwimmers entsprechend vermindert. so wird man die Länge des Armes erhöhen müssen.
wodurch dann der Weg, den sich der Schwimmer zwischen voller Öffnung und voller Schliessung des Ventils bewegen muss, entsprechend proportional ansteigt. Es wird sich dabei ergeben. dass das Ventil beinahe geschlossen ist, wenn sich das Flüssigkeitsniveau dem vorbestimmten gewünschten Niveau nähert. Das Ergebnis einer solchen Einrichtung ist dann, dass unerwünschte Geräusche auftreten werden. wenn die Strömung gedrosselt wird. d.h. also, wenn das Ventil nicht ganz geschlossen wird. Es wird bei einer solchen Einrichtung auch die Zeit, die gebraucht wird, um einen Behälter zu füllen, unverhältnismässig ansteigen.
Es sind daher schon verschiedene Vorrichtungen zur Steuerung des Durchflusses einer Flüssigkeit, die in einen Behälter gedrückt wird, konstruiert worden, bei denen verhältnismässig geringe Kräfte zur Betätigung gebraucht werden, so dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.
Solche bekannte Vorrichturigen besitzen ein Steuerventil mit einem Ventilelement in Form einer Scheibe, die mit Hilfe einer elastischen Membran gehalten ist und mit dieser zusammen eine bewegliche Trennwand zwischen der Ventilkammer und einer Unterkammer bildet. Die Unterkammer ist iiber eine Bohrung mit dem Einlass verbunden, und sie ist mit einem Schaltventil versehen, das den Flüssigkeitsdruck in der Unterkammer steuert, welcher Flüssigkeitsdruck seinerseits das Ventilelement betätigt.
Bei einer solchen Vorrichtung ist der Vorteil gegeben, dass man nur verhältnismässig geringe Kräfte aufwenden muss, um das Steuerventil zu betätigen, wobei der Flüssigkeitsdruck zu dieser Betätigung herangezogen wird. Der Schwimmer und die damit zusammenhängenden Teile können daher wesentlich kleinere Abmessungen haben.
Der besondere Vorteil einer solchen Vorrichtung besteht vor allen Dingen darin, dass die Kosten des Betätigungsmechanismus ganz beachtlich gesenkt werden können, denn der Schwimmer kann klein und leicht ausgeführt werden, und dementsprechend ist auch der Arm, der den Schwimmer trägt, entsprechend leicht auszuführen. Das führt dazu, dass alle Messingteile, die sonst gebraucht a urden, durch Kunststoffteile ersetzt werden können. die wesentlich billiger sind. Bei der Vorrichtung bedarf es auch für den Schwimmer nur eines verhältnismiissig kleinen Weges, um das Schaltventil zu betätigen. Auf diese Art und Weise hat man die Möglichkeit geschaffen, dass man einen ungeschmälerten Zufluss der Flüssigkeit in den Behälter für eine lange Zeit aufrechterhält.
ohne dass das Steuerventil zu sehliessen beginnt Dadurch wird erreicht, dass der Zeitraum. in welchem der Zufluss gedrosselt wird, auf ein Minimum herabgesetzt wird, so dass die Vorrichtung wesentlich mhiger arbeitet und der Behälter viel schneller gefiillt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Ahflusses einer Flüssigkeit aus einer Druckquelle. mit einem Steuerventil. das einen mit der Druckquelle verbundenen Einlass, einen Auslass, eine den Einlass mit dem Auslass verbindende Ventilkammer und ein Ventilelement aufweist, welches zwischen Stellungen, in denen der Auslass gegenüber dem Einlass offen und geschlossen ist, bewegbar ist und welches eine in der Ventilkammer mit Hilfe einer elastischen ringförmigen Membran bewegbar montierte Scheibe ist, wobei das Ventilelement und die Membran zusammen eine bewegliche Trennwand zwischen der Ventilkammer und einer Unterkammer bilden,
die mit dem Einlass über eine mit einem Absperrorgan versehene Bohrung verbunden ist und mit einem Schaltventil versehen ist, das den Flüssigkeitsdruck in der Unterkammer steuert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dafiir zu sorgen, dass das Ventilelement das Steuerventil mit einer geregelten Geschwindigkeit schliesst, um Druckstösse oder Schläge in der Druckquelle, z.B. einer Leitung, zu vermeiden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der Ventilkammer eine ringförmige Ventilfläche aufweist, gegen die das Ventilelement in der Schliessstellung stösst, dass ein mit Öffnungen versehenes Drosselglied auf dem Ventilelement mittig zur Ventilfläche des Auslasses und bezüglich des Ventilelements axial bewegbar getragen ist, und dass das Drosselglied die Ventilfläche berührt.
wenn das Ventilelement sich der Schliessstellung nähert, so dass der Abfluss durch den Auslass herabgesetzt wird, ehe dieser durch das Ventilelement geschlossen wird.
Da das Ventilelement zusammen mit der Membran eine Trennung der Ventilkammer von der Unterkammer darstellt, wird die Geschwindigkeit, mit der das Ventil schliesst, von der Differenz der Flüssigkeitsdrücke in den beiden Kammern.
Diese Differenz der Drücke ist ihrerseits abhängig von der Grösse der mit dem Absperrorgan versehenen Bohrung, welche die Geschwindigkeit des Druckanstieges in der Unterkammer steuert, wenn das Schaltventil geschlossen wird, und sie hängt ferner auch davon ab, welche Flüssigkeitsmenge durch den Auslass abfliesst.
Wenn das mit Öffnungen versehene Drosselglied weggelassen würde, dann würde, wie in der Praxis festgestellt werden kann, ein sehr rasches Schliessen erfolgen, so dass unerwünschte Schläge und Stösse in die Druckquelle, z.B. Versorgungsleitung, gelangen könnten. Dies ergibt sich aus dem Wechsel des Druckes in der Ventilkammer und den daraus sich ergebenden Veränderungen in der Form der Membran, denen gemäss sich die Scheibe der Ventilfläche nähert. Es konnte festgestellt werden, dass dann, wenn man das Drosselglied weglässt, die Durchflussmenge vom Einlass zum Auslass eine maximale ist, die lediglich durch die Durchmesser von Einlass und Auslass bestimmt wird, solange das Verhältnis dIR gleich oder grösser als 0,4 ist, wobei in dieser Formel d der Abstand der Scheibe von der Ventilfläche und R der Radius der letzteren ist.
Wenn die Scheibe sich der Ventilfläche nähert, wird die Durchflussmenge absinken bis ein kritischer Wert von diR von etwa 0,1 erreicht ist. Bei diesem kritischen Wert ist die Durchfluss menge ungefähr 60% des Maximums. Unterhalb dieses Wertes sind es verschiedene Faktoren, die die Scheibe zu einem sehr raschen Schliessen veranlassen, so dass plötzliche Stösse und Schläge daraus resultieren können. Die Membran wird in der Nähe des kriüschen Wertes in die Unterkammer hineingebogen, und wenn das Flüssigkeitsvolumen in der Unterkammer während einer kurzen Zeit gleich bleibt, wird der Druck darin ansteigen und die Scheibe veranlassen, sich wesentlich rascher gegen die Ventilfläche zu bewegen und so den Durchfluss abzusperren.
Dazu kommt, dass der Venturieffekt, der durch den Durchgang der Flüssigkeit zwischen der Scheibe und der Venflllläche auftritt, die Scheibe in Richtung auf die Schliessstellung zieht, und zwar mit ansteigenden Kräften in dem gleichen Masse, wie der Durchfluss vermindert wird.
Indem man das mit Öffnungen versehene Drosselglied anwendet, können diese unerwünschten Effekte völlig ausgeschaltet werden. Das Drosselglied wird mit der Ventilfläche in Berührung gebracht, wenn sich die Scheibe ihr nähert, und vermindert damit die Druchflussmenge durch das Ventil, so dass die abschliessende Scheibenbewegung, um den Auslass zu schliessen, durch die Flüssigkeit bestimmt wird, die durch die mit dem Absperrorgan versehene Bohrung in die Unterkammer fliesst. Das Drosselglied sorgt auch für einen gewissen Rückdruck auf die Scheibe, der dem Druckabfall im Auslass entgegenwirkt.
Es wurde ferner festgestellt, dass dann, wenn die Flüssigkeit Wasser ist, der Durchmesser der mit dem Absperrorgan versehenen Bohrung nur so gering zu sein braucht, dass dort eine Blockierung durch im Wasser schwebende kleine Teilchen möglich ist. Diese Gefahr kann durch die besondere Anordnung eines kegelig ausgebildeten Absperrorgans ausgeschaltet werden, das in der Bohrung beweglich sitzt. Dabei bietet die Bewegung dieses Absperrorgans in der Bohrung eine Möglichkeit der selbsttätigen Reinigung, falls sich tatsächlich Teilchen dort festgesetzt haben sollten.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen, in schematischen Skizzen:
Figur 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 die Vorrichtung eingebaut in einen Wasserbehälter, in schaubildlicher Darstellung, und
Figur 3 eine Ansicht nach der Linie A-A in Figur 1.
Wie aus Figur 1 zu ersehen, ist ein Rohrkörper 1 mit einer Kappe 2 abgeschlossen. Der Rohrkörper 1 bildet auch die Ventilkammer VC und besitzt einen Einlass 3 und einen Auslass 4, der soweit vorgezogen ist, dass er einen zentralen zylindrischen Durchgang 4a bildet (siehe auch Figur 3). Der Rohrkörper kann aus Kunststoffmaterial, wie z.B. Kemetal , bestehen, kann aber auch aus Metall, Keramik oder thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoffen hergestellt sein.
Die Kappe 2 nimmt eine Unterkammer SC auf und ist mit einem Schaltventil ausgestattet, welches aufgebaut ist aus einem Auslassrohr 5 mit vermindertem Durchmesser einem Verschlussstück 6, welches mit Hilfe eines Zapfens 7 an der Kappe 2 schwenkbar gelagert ist und welches mit Hilfe eines Schwimmers 8 bewegt wird, der auf dem Verschlussstück mit Hilfe eines Armes 9 gehalten ist. Ein Dichtungspolster aus Neopren -Gummi ist in einer entsprechenden Bohrung des Verschlussstückes 6 eingesetzt und dichtet das Auslassrohr 5 dann ab, wenn der Schwimmer 8 steigt, d.h. also dann, wenn der Arm 9 sich entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt (Siehe Figur 1).
Die Ventilkammer VC ist von der Unterkammer SC durch ein Ventilelement getrennt, welches eine kreisrunde Membran 10 aus Neopren ist, die im Zentrum durch einen Messingeinsatz 11 verstärkt ist. Die Membran 10 ist an ihrem Umfang durch eine Versteifungsrippe 10a verstärkt, die in einer entsprechend ausgebildeten Rille la des Rohrkörpers 1 aufge nommen und dort mit Hilfe einer ringförmigen Rippe 2b der
Kappe 2 festgehalten wird, wenn diese mit Hilfe von vier sich selbst einschneidenden Schrauben 2c festgelegt wird.
Die Membran 10 weist einen elastischen, ringförmigen Teil 1 Ob und einen versteiften mittleren Scheibenteil 10c auf. Ein ringförmiges mit öffnungen versehens Drosselglied 12 ist mit
Hilfe eines Zapfens 13 in einer solchen Art und Weise angebracht, dass begrenzte Axialbewegungen bezüglich des
Mittelteils 10c möglich sind.
Wie aus Figur 1 ersehen werden kann, sind der Scheibenteil
10c und das Drosselglied 12 zentral zu dem zylindrischen
Durchgang 4a angeordnet und können bei entsprechender
Biegung des ringförmigen Teils 10b mit der Ventilsfläche 4b in
Berührung gebracht werden, die am Ende des Durchganges 4a vorhanden ist, um so diese zu verschliessen. In der Zeichnung ist die Membran in vollen Linien in einer teilweise geschlosse nen Stellung eingezeichnet, während in gestrichelten Linien die offene Stellung dargestellt ist. Eine Bohrung 14 zwischen der
Ventilkammer VC und der Unterkammer SC ist in dem
Scheibenteil 10c vorgesehen und ein besonders geformter kegeliger Stift 15, der an einer Wand des Rohrkörpers 1 angeformt ist, entstreckt sich mittig durch diese Bohrung und bestimmt auf diese Art die Abmessungen des ringförmigen
Durchgangs in dieser Bohrung.
Die besondere Form dieses
Stiftes 15 soll nachstehend noch besprochen werden.Es ist jedoch festzuhalten, dass die Abmessungen der Bohrung 14 geringer sind als die Abmessungen des Auslassrohres 5.
Die Vorrichtung wird z.B. in der Wandung 16 eines Flüssig keitsbehälters angebracht (siehe Figur 2), durch welche der
Einlass 3 hindurchgeführt wird, wobei die Einlassleitung mit einer Versorgungspumpe (die nicht dargestellt ist) verbunden wird. Die Vorrichtung wird so eingebaut, dass der Auslass 4 in
Richtung auf den Boden des Behälters zeigt; der Schwimmer 8 hängt nach abwärts und wird den Arm 9 in Richtung des Uhr zeigersinnes bewegen, wie den Figuren 1 und 2 entnommen werden kann, wobei dann das Auslassrohr 5 geöffnet wird.
Wenn also Wasser mit Hilfe der Versorgungspumpe zugeführt wird, wird der Druck, der auf den ringförmigen elastischen Teil
10b der Membran einwirkt, den Scheibenteil 10c von der
Ventilfläche 4b weg bewegen, so dass das Wasser durch den
Auslass 4 in den Behälter fliessen kann. Wasser wird auch durch die Bohrung 14 in die Unterkammer SC eintreten, aber der Druck in dieser Kammer bleibt gering, wenn das Auslass rohr 5 offen ist und das Wasser aus der Unterkammer SC in den
Behälter ausfliesst. Wenn das Wasser in dem Behälter ansteigt und das Niveau des Schwimmers 8 erreicht, beginnt dieser zu schwimmen und wird von dem steigenden Wasser angehoben, so dass der Arm 9 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird (Figur 1), so dass dann, wenn der Spiegel des Wassers ein vor bestimmtes Niveau erreicht, die Dichtung im Verschlussstück 6 das Auslassrohr 5 abschliesst.
Der Verschluss des Auslassrohres 5 erhöht den Druck in der
Unterkammer SC in einem Masse, welches durch den Quer schnitt der Bohrung 14 gegeben ist, und wenn dieser Druck ansteigt, wird die Membran 10 nach links bewegt (siehe Figur
1), so dass der Auslass 4 verschlossen wird.
Für den Fall, dass der Wasserspiegel in dem Behälter fällt, wird der Schwimmer nach unten gehen und damit das Auslass rohr 5 öffnen. In dem Augenblick, wo das Auslassrohr 5 geöffnet wird, wird der Druck in der Unterkammer CS fallen, da das Wasser leichter aus dieser Kammer austreten kann als es durch die Bohrung 14 eintritt. Wenn der Druck in der Unter kammer SC abfällt, wird der Flüssigkeitsdruck im Einlass die
Membran 10 anheben, wodurch ein völlig freier Druchfluss für die Flüssigkeit in den Behälter durch den Auslass 4 gegeben ist.
Diese Durchflussmöglichkeit bleibt so lange offen, bis das Wasser in dem Behälter wieder den Schwimmer 8 anhebt und dabei den Auslass 5 schliesst, so dass die Membran 10 wieder gegen den Auslass 4 gepresst wird und ihn absehliesst.
Die Geschwindigkeit der Bewegung der Membran 10 wird durch die relativen Kräfte bestimmt, die auf den beiden gegen überliegenden Seiten der Membran 10 angreifen. Wenn diese in der Schliessstellung ist. dann ist der Druck, der auf jeder Seite der Membran angreift, etwa derselbe, aber die Flächen, auf welche dieser Druck einwirkt, sind verschieden. Die Kraft, die auf die Membran in Öffnungsrichtung wirkt, ist durch die Fläche bestimmt. die dem Einlassdruck ausgesetzt ist, das ist jene ringförmige Fläche der Membran ausserhalb der Ventilfläche. Die Kraft jedoch. die auf die Membran in Schliessrichtung wirkt, wird durch die gesamte Membranfläche bestimmt.
Wenn die Membran ganz offen ist. ist sie dem Druck des Wassers auf der ganzen Fläche an beiden Seiten ausgesetzt, wobei die Druckkraft. die auf den Scheiben teil 10c in der Öffnungsrichtung einwirkt, durch den Rückdruck bestimmt wird, der im Auslass 4 vorhanden ist. Zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung ist die Fläche, die der Unterkammer SC zugewandt ist und die für das Schliessen der Membran zur Verfügung steht, ungefähr konstant, während die Fläche, die in der Ventilkammer VC dem Wasserdruck ausgesetzt ist, effektiv einer Verminderung unterliegt, wenn sich die Membran der geschlossenen Stellung nähert und der Rückdruck im Auslass 4 sich vermindert.
Dies, im Zusammenhang mit den vorher besprochenen Faktoren. führt dazu, dass ein sehr schneller Verschluss der Membran 10 herbeigefiihrt wird, was den unerwünschten schlagartigen Verschluss zur Folge hat. Das Drosselglied 12 vermeidet einen solchen schlagartigen Verschluss.
Das Drosselglied 12 ist hohl und kegelig ausgebildet und mit einem ringförmigen Sitzrand 12a versehen, der dazu dient auf der Ventilfläche 4b in einer Ausfalzung aufzusitzen. Das Drosselglied 12 ist mit vier Durchbohrungen 12c versehen und kann axial auf dem ihn tragenden Zapfen 13 bewegt werden, so dass, wenn die Membran 10 geschlossen wird, die erste Berührung zwischen der Ventilfläche 4b und der Sitzfläche 12a des Drosselgliedes 12 gegeben ist, während der hohle kegelige Körper des Drosselgliedes von dem Auslass 4 aufgenommen wird.
Wenn sich die Membran 10 der Ventilfläche 4b annähert, wie in Figur 1 gezeigt, kommt das Drosselglied 12 zuerst mit der Ventilfläche 4b in Berührung und wird daher die Durchflussmenge durch den Auslass 4 herabsetzen, wobei diese Verminderung durch die Abmessungen der Öffnungen 12c bestimmt wird. Das Wasser, welches sich im Auslass radial bewegt, fliesst durch den Spalt zwischen der Membran und dem Drosselglied und erzeugt während der letzten Phase des Schliessvorganges einen Rückdruck, der gegen die schliessende Membran wirkt, sobald das Drosselglied zur Ruhe kommt, wodurch in der kritischen Zeit der Schliessbewegung eine gewisse Polsterung der Bewegung der Membran gegeben ist.
Wenn die Membran offen ist, wird die kegelige Oberfläche des Drosselgliedes 12dafür sorgen,dass dieses gegen die Oberfläche der Membran gedrückt wird, wenn das Wasser durch den Auslass fliesst, und das Drosselglied wird dann auf diese Art dem Fluss des Wassers durch das Ventil keinerlei Widerstand entgegensetzen.
In Figur 1 ist auch die Form des Steuerstiftes 15 gezeigt.
Dieser Stift 15 ist so abgeschrägt, dass dann, wenn die Membran 10 sich der Ventilfläche 4b nähert, die Durchflussmenge des Wassers in die Unterkammer SC vermindert wird.
Dies führt zu einer Verlangsamung der Druckerhöhung in der Kammer und zu einer gewissen zusätzlichen Polsterung in der Schliessbewegung der Membran. Der Stift 15 sorgt auch dafür, dass irgendwelche kleine Teilchen, die in dem Wasser schweben, sich nicht in der Bohrung 14 festsetzen können.
Die beschriebene Bauform, insbesondere im Zusammenhang mit dem Drosselglied 12, ist besonders vorteilhaft zu verwenden, wenn das Wasserniveau in grossen Wasserbehäitern reguliert werden soll. Bei entsprechenden Abmessungen des Drosselgliedes kann die Vorrichtung weitgehend unempfindlich gegen die Auswirkung plötzlicher Änderungen des Niveaus gestaltet werden, wie dies z.B. bei Auftreten von Wellen in dem Behälter der Fall ist.
Es ist festzuhalten, dass das beschriebene Drosselglied und im Zusammenhang damit auch der Steuerstift 15 eine besonders vorteilhafte Möglichkeit bieten, um irgendwelche Flüssigkeitssteuerventile auszurüsten. bei denen ein Flüssigkeitsdruck dazu verwendet werden soll, das Ventilelement eines Steuerventils zu betätigen.
Selbstverständlich könnten die Betätigungsmittel eines Schaltventils auch elektromagnetisch betätigte Kolben sein oder auch Bimetallstreifen; die letzteren könnten sowohl bei einer Vorrichtung zur Steuerung des Flüssigkeitsniveaus als auch bei einem thermostatischen geregelten Steuerventil verwendet werden.
Various devices are known for controlling the outflow of a liquid from a pressure source. Such devices are used, for example, to flow the liquid to a container. e.g. to a water tank.
to regulate. so that the same predetermined level always remains in this.
It is known. thereby ensuring the maintenance of an equal level in a container. that a so-called float valve is used. in which a ball floats on the liquid of the container, an arm, at the end of which the ball is attached, is connected to a valve element which is seated in the inflow line. The arrangement is such that when the float is raised when the liquid level increases. the valve element goes into the closed position and vice versa.
In such devices, the problem arises that the force. which is used to actuate the valve element of such a valve must be applied by the raised float against the liquid pressure in the line. For this reason, the diameter of the swimmer and the length of the arm. who carries the float, are chosen. that the float has sufficient lifting torque. to move the valve element against the fluid pressure. The relatively large dimensions used here increase the costs, and there. brass parts must be used where the liquid is drinking water. which are known to be very expensive. If you e.g. the dimensions of the float are reduced accordingly. so one will have to increase the length of the arm.
whereby the path that the float has to move between full opening and full closing of the valve then increases proportionally. It will turn out to be. that the valve is almost closed when the liquid level approaches the predetermined desired level. The result of such an arrangement is that undesirable noise will occur. when the flow is throttled. i.e. that is, if the valve is not completely closed. With such a device, the time it takes to fill a container will also increase disproportionately.
Various devices for controlling the flow of a liquid which is pressed into a container have therefore already been constructed in which relatively small forces are required for actuation, so that the disadvantages mentioned above are avoided.
Such known devices have a control valve with a valve element in the form of a disk which is held by means of an elastic membrane and together with this forms a movable partition between the valve chamber and a lower chamber. The sub-chamber is connected to the inlet via a bore and it is provided with a switching valve which controls the fluid pressure in the sub-chamber, which fluid pressure in turn actuates the valve element.
Such a device has the advantage that only relatively small forces have to be used to actuate the control valve, the liquid pressure being used for this actuation. The float and the parts connected therewith can therefore have much smaller dimensions.
The particular advantage of such a device is above all that the cost of the actuating mechanism can be reduced quite considerably, because the float can be made small and light, and accordingly the arm that carries the float can also be made correspondingly light. This means that all brass parts that are otherwise used can be replaced by plastic parts. which are much cheaper. In the case of the device, only a relatively short distance is required for the swimmer in order to actuate the switching valve. In this way one has created the possibility of maintaining an undiminished flow of the liquid into the container for a long time.
without the control valve starting to close. This means that the period. in which the flow is throttled, is reduced to a minimum, so that the device works much more efficiently and the container is filled much faster.
The invention relates to a device for controlling the flow of a liquid from a pressure source. with a control valve. which has an inlet connected to the pressure source, an outlet, a valve chamber connecting the inlet to the outlet and a valve element which is movable between positions in which the outlet is open and closed with respect to the inlet and which is one in the valve chamber with the aid a disc movably mounted to an elastic annular diaphragm, the valve element and the diaphragm together forming a moveable partition between the valve chamber and a sub-chamber,
which is connected to the inlet via a bore provided with a shut-off device and is provided with a switching valve that controls the fluid pressure in the lower chamber.
The object of the invention is to ensure that the valve element closes the control valve at a regulated rate in order to avoid pressure surges or blows in the pressure source, e.g. a line to avoid.
The device according to the invention is characterized in that the outlet of the valve chamber has an annular valve surface against which the valve element abuts in the closed position, that a throttle member provided with openings is supported on the valve element in the center of the valve surface of the outlet and axially movable with respect to the valve element, and that the throttle element touches the valve surface.
when the valve element approaches the closed position, so that the outflow through the outlet is reduced before it is closed by the valve element.
Since the valve element, together with the membrane, separates the valve chamber from the sub-chamber, the speed at which the valve closes depends on the difference in fluid pressures in the two chambers.
This difference in pressures is in turn dependent on the size of the bore provided with the shut-off device, which controls the speed of the pressure increase in the lower chamber when the switching valve is closed, and it also depends on the amount of liquid flowing out through the outlet.
If the orifice choke member were omitted, then, as can be seen in practice, a very rapid closure would take place, so that undesirable knocks and shocks in the pressure source, e.g. Supply line. This results from the change in pressure in the valve chamber and the resulting changes in the shape of the membrane, according to which the disc approaches the valve surface. It was found that if the throttle element is omitted, the flow rate from the inlet to the outlet is a maximum, which is only determined by the diameter of the inlet and outlet, as long as the ratio dIR is equal to or greater than 0.4, where in this formula d is the distance of the disc from the valve face and R is the radius of the latter.
When the disc approaches the valve surface, the flow rate will decrease until a critical value of diR of about 0.1 is reached. At this critical value, the flow rate is approximately 60% of the maximum. Below this value, there are various factors that cause the disc to close very quickly, so that sudden bumps and blows can result. The membrane is bent into the sub-chamber near the Krüschen value, and if the volume of liquid in the sub-chamber remains the same for a short time, the pressure in it will rise and cause the disc to move much more quickly against the valve surface and thus the flow lock off.
In addition, the Venturi effect, which occurs through the passage of liquid between the disc and the valve surface, pulls the disc towards the closed position, with increasing forces to the same extent as the flow is reduced.
By using the orifice restrictor, these undesirable effects can be completely eliminated. The throttle member is brought into contact with the valve surface when the disc approaches it, thus reducing the flow rate through the valve, so that the final disc movement to close the outlet is determined by the liquid flowing through the valve with the shut-off device provided bore flows into the lower chamber. The throttle member also provides a certain amount of back pressure on the disc, which counteracts the pressure drop in the outlet.
It was also found that when the liquid is water, the diameter of the bore provided with the shut-off device only needs to be so small that a blockage by small particles floating in the water is possible there. This risk can be eliminated by the special arrangement of a conical shut-off element that is movably seated in the bore. The movement of this shut-off element in the bore offers the possibility of automatic cleaning if particles should actually have settled there.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing show, in schematic sketches:
Figure 1 shows a cross section through the device according to the embodiment,
FIG. 2 shows the device installed in a water tank, in a perspective view, and
FIG. 3 is a view along the line A-A in FIG.
As can be seen from FIG. 1, a tubular body 1 is closed with a cap 2. The tubular body 1 also forms the valve chamber VC and has an inlet 3 and an outlet 4, which is drawn forward so far that it forms a central cylindrical passage 4a (see also FIG. 3). The tubular body can be made of plastic material, e.g. Kemetal, exist, but can also be made of metal, ceramic or thermoplastic or thermosetting materials.
The cap 2 accommodates a sub-chamber SC and is equipped with a switching valve which is composed of an outlet pipe 5 with a reduced diameter, a closure piece 6 which is pivotably mounted on the cap 2 with the aid of a pin 7 and which moves with the aid of a float 8 which is held on the locking piece with the aid of an arm 9. A sealing pad made of neoprene rubber is inserted in a corresponding bore of the closure piece 6 and seals the outlet pipe 5 when the float 8 rises, i.e. that is, when the arm 9 moves counterclockwise (see Figure 1).
The valve chamber VC is separated from the sub-chamber SC by a valve element which is a circular membrane 10 made of neoprene which is reinforced in the center by a brass insert 11. The membrane 10 is reinforced at its periphery by a stiffening rib 10a, which was taken up in a correspondingly formed groove la of the tubular body 1 and there with the help of an annular rib 2b of the
Cap 2 is held when it is fixed with the help of four self-cutting screws 2c.
The membrane 10 has an elastic, ring-shaped part 10b and a stiffened central disk part 10c. An annular throttle member 12 provided with openings is with
By means of a pin 13 mounted in such a way that limited axial movements with respect to the
Middle part 10c are possible.
As can be seen from Figure 1, the disc part
10c and the throttle member 12 central to the cylindrical
Passage 4a arranged and can with appropriate
Bend of the annular part 10b with the valve surface 4b in
Be brought into contact, which is present at the end of the passage 4a, so as to close it. In the drawing, the membrane is shown in full lines in a partially closed position, while the open position is shown in dashed lines. A hole 14 between the
Valve chamber VC and the sub-chamber SC is in the
Disc part 10c is provided and a specially shaped conical pin 15, which is formed on a wall of the tubular body 1, extends centrally through this bore and in this way determines the dimensions of the annular
Passage in this hole.
The special shape of this
Pin 15 will be discussed below. It should be noted, however, that the dimensions of the bore 14 are smaller than the dimensions of the outlet pipe 5.
The device is e.g. mounted in the wall 16 of a liquid container (see Figure 2), through which the
Inlet 3 is passed through, the inlet line being connected to a supply pump (which is not shown). The device is installed so that the outlet 4 in
Points towards the bottom of the container; the float 8 hangs downwards and will move the arm 9 in the clockwise direction, as can be seen in FIGS. 1 and 2, the outlet pipe 5 then being opened.
So when water is supplied with the help of the supply pump, the pressure applied to the annular elastic part
10b of the membrane acts, the disc part 10c of the
Move valve surface 4b away so that the water flows through the
Outlet 4 can flow into the container. Water will also enter the sub-chamber SC through the bore 14, but the pressure in this chamber remains low when the outlet pipe 5 is open and the water from the sub-chamber SC into the
Container flows out. When the water in the container rises and reaches the level of the float 8, it begins to swim and is raised by the rising water, so that the arm 9 is rotated counterclockwise (Figure 1), so that when the mirror of the Water reaches a certain level before, the seal in the closure piece 6 closes the outlet pipe 5.
The closure of the outlet pipe 5 increases the pressure in the
Sub-chamber SC in a mass, which is given by the cross section of the bore 14, and when this pressure increases, the membrane 10 is moved to the left (see Figure
1) so that the outlet 4 is closed.
In the event that the water level falls in the container, the float will go down and thus open the outlet pipe 5. The moment the outlet pipe 5 is opened, the pressure in the sub-chamber CS will drop, since the water can more easily exit this chamber than it enters through the bore 14. When the pressure in the sub-chamber SC drops, the liquid pressure in the inlet becomes the
Lift the membrane 10, whereby a completely free flow is given for the liquid into the container through the outlet 4.
This flow possibility remains open until the water in the container again lifts the float 8 and thereby closes the outlet 5, so that the membrane 10 is again pressed against the outlet 4 and closes it off.
The speed of movement of the membrane 10 is determined by the relative forces which act on the two opposite sides of the membrane 10. When this is in the closed position. then the pressure acting on each side of the membrane is about the same, but the areas on which this pressure acts are different. The force that acts on the membrane in the opening direction is determined by the area. that is exposed to the inlet pressure, that is that annular surface of the membrane outside the valve surface. The power, however. which acts on the membrane in the closing direction is determined by the entire membrane surface.
When the membrane is fully open. it is exposed to the pressure of the water on the whole surface on both sides, whereby the pressure force. which acts on the disk part 10c in the opening direction is determined by the back pressure that is present in the outlet 4. Between the open and the closed position, the area which faces the sub-chamber SC and which is available for closing the membrane is approximately constant, while the area which is exposed to the water pressure in the valve chamber VC is effectively subject to a reduction. when the diaphragm approaches the closed position and the back pressure in outlet 4 decreases.
This in connection with the factors discussed earlier. leads to the fact that a very rapid closure of the membrane 10 is brought about, which results in the undesired sudden closure. The throttle member 12 avoids such a sudden closure.
The throttle member 12 is hollow and conical and is provided with an annular seat edge 12a, which serves to sit on the valve surface 4b in a fold. The throttle member 12 is provided with four through bores 12c and can be moved axially on the pin 13 supporting it, so that when the membrane 10 is closed, the first contact between the valve surface 4b and the seat surface 12a of the throttle member 12 is given during the hollow conical body of the throttle member is received by the outlet 4.
When the membrane 10 approaches the valve surface 4b, as shown in Figure 1, the throttle member 12 first comes into contact with the valve surface 4b and will therefore reduce the flow rate through the outlet 4, this reduction being determined by the dimensions of the openings 12c. The water, which moves radially in the outlet, flows through the gap between the membrane and the throttle element and generates a back pressure during the last phase of the closing process, which acts against the closing membrane as soon as the throttle element comes to rest, which in the critical time the closing movement is given a certain cushioning of the movement of the membrane.
When the diaphragm is open, the conical surface of the throttle member 12 will cause it to be pressed against the surface of the diaphragm as the water flows through the outlet, and the throttle member will then in this way not have any resistance to the flow of water through the valve oppose.
The shape of the control pin 15 is also shown in FIG.
This pin 15 is bevelled so that when the membrane 10 approaches the valve surface 4b, the flow rate of the water into the sub-chamber SC is reduced.
This leads to a slowing down of the pressure increase in the chamber and to a certain additional cushioning in the closing movement of the membrane. The pin 15 also ensures that any small particles that are floating in the water cannot lodge in the bore 14.
The design described, in particular in connection with the throttle member 12, can be used particularly advantageously when the water level in large water containers is to be regulated. With appropriate dimensions of the throttle member, the device can be made largely insensitive to the effects of sudden changes in the level, as is e.g. is the case when waves occur in the container.
It should be noted that the throttle element described and in connection with it also the control pin 15 offer a particularly advantageous option for equipping any liquid control valves. where a fluid pressure is to be used to actuate the valve element of a control valve.
Of course, the actuation means of a switching valve could also be electromagnetically actuated pistons or also bimetallic strips; the latter could be used in both a liquid level control device and a thermostatically regulated control valve.