DE10049369A1 - Ventilvorrichtung und Durchflusssteuerverfahren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines Mediums, wobei eine Schließvorrichtung (10) zum Sperren des Durchflusses zwischen einem Einlasskanal und einen Auslasskanal vorgesehen ist, die in Abhängigkeit eines durch eine Druckerfassungseinrichtung (11) erfassten Drucks über eine mechanische Kopplungseinrichtung (12) betätigt wird. Bei Unterschreitung eines vorbestimmten Drucks in dem Auslasskanal wird die Schließvorrichtung (10) über die mechanische Kopplungseinrichtung im Ansprechen auf eine mechanische Bewegung der Druckerfassungseinrichtung (11) geöffnet. Dadurch wird der Durchfluss des Mediums lediglich bei Vorliegen eines ausreichenden Unterdrucks freigegeben und ein Druckabfall bei einem Leitungsbruch führt zum Sperren des Durchflusses. Dadurch kann ein unkontrolliertes Entweichen der Flüssigkeit verhindert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Durchflusssteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Zur Steuerung oder Regelung von Start, Stopp und Richtung sowie Druck oder Durchfluss einer von einer Flüssigkeitspumpe, einem Verdichter oder einer Vakuum­ pumpe geförderten oder in einem Behälter gespeicherten Mediums, wie beispiels­ weise ein Gas oder eine Flüssigkeit, werden Ventilvorrichtungen verwendet.

Abhängig von ihrer Aufgabe unterscheidet man Rückschlagventile, die den Durch­ fluss nur in einer Richtung gestatten, und Druckventile, auch Druckbegrenzungs­ ventile genannt, die den Druck in einer Leitung begrenzen oder in einer bestimmten Höhe halten. Dazu dient eine Druckfeder, deren Kraft einstellbar ist. Diese Ventile dienen auch dem Überlastungsschutz (Sicherheitsventile). Sie lassen beispielsweise überschüssige Flüssigkeit in einen Vorratsbehälter zurückfließen.

Differenzdruckventile oder Ausgleichsventile halten die Drücke in zwei Leitungen im umgekehrten Verhältnis der Flächen eines abgestuften Kolbens konstant. Als Ausgleichsventile gleichen sie den Druck in zwei Leitungen so aus, dass er in ihnen immer gleich groß bleibt.

Drosselventile dienen zur Steuerung des Flüssigkeitsdrucks und damit der Flüssig­ keitsmenge. So lässt sich beispielsweise eine Ausfahrgeschwindigkeit eines hy­ draulischen Kolbens für den Vorschub feinstufig verändern.

Bei der Entnahme von Flüssigkeiten aus Behältern, wie beispielsweise Tankbehäl­ tern, werden Saug- oder Vakuumpumpen zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer Flüssigkeitsentnahmeleitung oder einem Entnahmeschlauch verwendet. Aufgrund von Materialermüdungserscheinungen oder eines überhöhten Unterdrucks, kann es zum Brechen oder Platzen der Flüssigkeitsentnahmeleitungen kommen, so dass die abzusugendede Flüssigkeit unkontrolliert entweicht und beispielsweise Verschmut­ zungen hervorruft.

Es ist daher wünschenswert, eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, durch die das unkontrollierte Entweichen der Flüssigkeit bei einem Leitungsbruch vermieden werden kann.

Bisher wurden keine Ventilvorrichtungen entwickelt, die ein unkontrolliertes Aus­ strömen der Flüssigkeit bei einem solchen Leitungsbruch verhindern können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilvorrichtung bereitzu­ stellen, durch die ein unkontrolliertes Ausfließen einer abzusaugenden Flüssigkeit bei einem Leitungsbruch vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilvorrichtung zur Steuerung des Durch­ flusses eines Mediums zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal, mit:
einer Schließvorrichtung zum Sperren des Durchflusses in einer vorbestimmten Richtung von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal;
gekennzeichnet durch
eine Druckerfassungseinrichtung, die mit dem in dem Auslasskanal herrschenden Druck beaufschlagt ist; und
eine Kopplungseinrichtung zum Herstellen einer mechanischen Kopplung zwischen der Druckerfassungseinrichtung und der Schließvorrichtung, wobei die Kopplungs­ einrichtung durch die Druckerfassungseinrichtung betätigt und dadurch die Schließ­ vorrichtung geöffnet wird, wenn der durch die Druckerfassungseinrichtung erfasste Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

Des weiteren wird die vorgenannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines mittels einer Pumpe aus einem Behälter abgesaug­ ten Mediums, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Ventilvorrichtung zum Sperren des Durchflusses zwischen dem Behälter und der Pumpe,
gekennzeichnet durch
Erfassen des Drucks in einem pumpenseitigen für das Absaugen bereitgestellten Kanal;
Umwandeln des erfassten Drucks in eine mechanische Bewegung; und
Verwenden der mechanischen Bewegung zur Betätigung der Ventilvorrichtung, so dass die Ventilvorrichtung den Durchfluss freigibt, wenn der erfasste Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

Erfindungsgemäß führt die Kopplung zwischen der Druckerfassung und der Ventil­ vorrichtung zu einer erzwungenen Öffnung des Ventils, solange ein ausreichender pumpenseitiger Unterdruck vorliegt. Im Falle eines Leitungsbruchs verringert sich der Unterdruck und die Ventilvorrichtung schließt den Absaugkanal im Sinne eines Rückschlagventils. Dadurch kann die bei einem Leitungsbruch über das Ventil entweichende Menge des abzusaugenden Mediums minimiert werden.

Die Betätigung der Ventilvorrichtung über die bei der Druckerfassung erzeugte mechanische Bewegung ermöglicht eine rein mechanische und damit netzunabhän­ gige Lösung, so daß eine Brand- oder Explosionsgefahr beim Absaugen entspre­ chend gefährdeter Medien vermieden wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schließvorrichtung eine Kugel und eine Ventilplatte mit an die Kugel angepasstem Ventilsitz auf. In diesem Fall kann die Kopplungseinrichtung einen um eine Schwenkachse schwenk­ baren Hebel aufweisen, auf dessen einem Ende sich die Kugel befindet und dessen anderes Ende an der Druckerfassungseinrichtung befestigt ist. Eine durch die Druckerfassungseinrichtung erfasste Druckänderung führt damit zu einer Schwenk­ bewegung der Kugel der Schließvorrichtung um die Schwenkachse. Die Druck­ erfassungseinrichtung kann einen mit dem Auslasskanal verbundenen Zylinder und einen in dem Zylinder geführten Kolben aufweisen. Der Kolben kann vorzugsweise eine Kolbenstange aufweisen, die über eine Anlenkstelle mit dem schwenkbaren Hebel verbunden ist. Eine Druckänderung führt damit zu einer Bewegung der Kolbenstange und damit zu einer Schwenkbewegung des Hebels. Bei entsprechen­ der Dimensionierung der Kugel, der Hebelarme des Hebels, und der druckbeauf­ schlagten Fläche des Kolbens wird die Kugel bei Überschreitung eines vorbestimm­ ten Unterdruckwerts aus dem Ventilsitz herausgehoben und gibt den Durchfluss frei. Der vorbestimmte Wert des erfassten Drucks kann somit beispielsweise über die Größe der druckbeaufschlagten Fläche des Kolbens bestimmt werden, so daß eine einfache anwendungsbezogene Anpassung der Ventilvorrichtung möglich ist. Vorzugsweise kann der Kolben durch eine optionale Rückstellfeder in seine Aus­ gangsstellung zurückgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die Kugel und die Ventil­ platte in einem Käfiggehäuse angeordnet sein, das mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal verbunden ist.

Falls es sich bei dem Medium um ein Fluid handelt, kann dieses der Ventilvor­ richtung über einen die maximale Füllhöhe des Behälters überschreitenden Steigrohrabschnitt zugeführt werden. Dadurch wird eine weitere Sicherheitsmaßnahme eingeführt, da bei einem Leitungsbruch keine Flüssigkeit aus dem Behälter über das Steigrohr nachfliessen kann.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild der funktionellen Komponenten der Ventilvorrichtung bei einer Verwendung zum Absaugen einer Flüssig­ keit aus einem Behälter,

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene, funktionelle Darstellung einer Ventil­ vorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene, funktionelle Darstellung einer Abwand­ lung der Ventilvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird im Folgenden am Beispiel des Absaugens einer Flüssigkeit mittels einer Saug- oder Vakuumpumpe 13 aus einem oberirdi­ schen Behälter 5 erläutert.

Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Funktionsblockschaltbild der funktionellen Komponen­ ten der Ventilvorrichtung. Gemäß Fig. 1 umfasst die Ventilvorrichtung eine mecha­ nische Schließvorrichtung 10 wie beispielsweise ein Rückschlagventil odgl., durch die ein Durchflusskanal zwischen dem Behälter 5 und der Saugpumpe 13 gesperrt wird. Des weiteren ist eine Druckerfassungsfunktion 11 vorgesehen, die den durch die Saugpumpe 13 erzeugten Unterdruck in dem abgehenden Leitungskanal erfasst und in eine für einen Betätigungsvorgang erforderliche mechanische Bewegung umwandelt. Die Druckerfassungsfunktion 11 ist über eine mechanische Kopplung 12 mit der mechanischen Schließvorrichtung 10 gekoppelt. Die Kopplung zwischen der Druckerfassungsfunktion 11 und der mechanischen Schließvorrichtung 10 ist so ausgestaltet, dass die mechanische Schließvorrichtung 10 beim Vorliegen eines vorbestimmten Unterdruckpegels geöffnet oder entriegelt wird. Bei der Ventilvor­ richtung handelt es sich somit im Wesentlichen um ein Sperr- oder Rückschlagven­ til, das in Abhängigkeit eines pumpenseitigen Unterdrucks freigegeben wird.

Fig. 2 zeigt eine teilweise aufgebrochene, funktionelle Darstellung eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels der Ventilvorrichtung.

Gemäß Fig. 2 ist die Ventilvorrichtung über eine einen Steigrohrabschnitt auf­ weisende Steigrohranordnung 1 mit einem Flüssigkeitsbehälter 5, wie beispiels­ weise ein Tankbehälter, über eine Flanschverbindung mit dem Einlasskanal der Ventilvorrichtung verbunden. Der Auslasskanal der Ventilvorrichtung ist ebenfalls über eine Flanschvorrichtung mit einem pumpenseitigen Rohr 2 verbunden.

Die mechanische Schließvorrichtung 10 wird durch eine Kugel 32 und eine Ventil­ platte 33 mit einem konischen Ventilsitz 38 gebildet. Bei Nichtvorliegen des erfor­ derlichen Unterdrucks in dem Auslasskanal ruht die Kugel 32 auf dem Ventilsitz 38 und verschließt die kreisförmige Durchgangsöffnung in der Ventilplatte 33. Die Kugel 32 und die Ventilplatte 33 sind in einem käfigartigen Gehäuse 31 angeord­ net, das beispielsweise ein Glasfenster zum Begutachten des Zustands der abge­ saugten Flüssigkeit aufweisen kann.

Die Kugel 32 ist an einem beispielsweise z-förmigen, um eine Schwenkachse 36 schwenkbaren Gelenkarm oder Hebel 34 befestigt oder liegt auf diesem auf. Die Schwenkbewegung ist durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet. An dem der Kugel gegenüberliegenden Ende des Gelenkarms 34 ist eine Anlenkstelle 35 vorgesehen, an der eine Kolbenstange eines Druckerfassungskolbens 41 angelenkt ist. Der Kolben 41 wird in einer Zylinderkammer 40 geführt, die mit dem Auslasskanal des Ventils verbunden ist, so dass der Druck in der Zylinderkammer 40 mit dem Druck in dem Auslasskanal übereinstimmt. Der Kolben 41 wird also mit dem in dem Auslasskanal herrschenden Druck beaufschlagt.

Zur Vermeidung der Entstehung eines Unterdrucks in dem von dem Ventil abge­ wandten Raum der Zylinderkammer 40 können eine oder mehrere Ausgleichsöff­ nungen 43 zur Entlüftung vorgesehen sein. Ferner kann eine Feder 42 zur Erzeu­ gung eines dem Unterdruck entgegenwirkenden Gegendrucks vorgesehen sein.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Ventilvorrichtung bei einem Absaugvor­ gang erläutert.

Wird die mit dem pumpenseitigen Rohr 2 verbundene Vakuumpumpe 13 einge­ schaltet, so entsteht ein Unterdruck in dem pumpenseitigen Rohr 2 und dem Auslasskanal, so dass auf den Kolben 41 eine Kraft in Richtung des Auslasskanals wirkt. Die Höhe der Kraft ist von der mit dem Unterdruck beaufschlagten Fläche des Kolbens 41 abhängig. Der Kolben 41 wird somit gegen die Federkraft der Feder 42 in Richtung der Auslasskammer bewegt und die Kolbenstange 37 betätigt den Hebel 34 über die Anlenkstelle 35, so dass die Kugel 32 eine nach oben gerichtete Schwenkbewegung um die Schwenkachse 36 ausführt. Bei ausreichendem Unter­ druck wird die Kugel 32 damit aus dem Ventilsitz 38 angehoben und der Unter­ druck entsteht auch in dem behälterseitigen Steigrohranordnung 1. Damit wird die abzusaugende Flüssigkeit aus dem Behälter abgesaugt und über die Steigrohranord­ nung 1, die Ventilvorrichtung und das pumpenseitige Rohr 2 abgesaugt. Sobald der Unterdruck in dem pumpenseitigen Rohr 2 und dem Auslasskanal der Ventilvor­ richtung aufgrund eines Rohrbruchs absinkt, bewegt sich der Kolben 41 nach rechts und die Kugel 32 wird auf den Ventilsitz 38 gedrückt und verschließt den Durchflusskanal. Damit wird das Nachfließen der Flüssigkeit und damit die aus dem Leck entweichende Flüssigkeitsmenge minimiert.

Es ist anzumerken, dass die Feder 42 nicht zwingend erforderlich ist. Gemäß Fig. 3 kann die erfindungsgemäße Funktion auch ohne die Feder 42 erzielt werden. Ferner kann ein geeigneter Reibkoeffizient zwischen dem Kolben 41 und der Innenwand der Zylinderkammer 40 vorgesehen sein, damit sich eine gedämpfte Bewegung ergibt.

Es ist naheliegend, dass die Ausgestaltung der Druckerfassungsfunktion 11, der mechanischen Kopplung 12 und der mechanischen Schließvorrichtung 10 nicht auf das in Fig. 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt sind. Die zur Erzeu­ gung der mechanischen Bewegung verwendete Druckerfassungsfunktion 11 kann beispielsweise auch durch eine Membran oder eine Druckhydraulik odgl. erfolgen, wobei die mechanische Kopplung 12 anstelle der Hebelmechanik auch über ein Gestänge oder eine Zahnradanordnung odgl. erfolgen oder auch als eine hydrauli­ sche oder pneumatische Kopplung ausgestaltet sein kann. Auch die mechanische Schließvorrichtung 10 kann durch andere bekannte Maßnahmen wie beispielsweise Teller- oder Kolbenventile realisiert sein.

Zusammenfassend werden eine Ventilvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines Mediums beschrieben, wobei eine Schließvorrichtung 10 zum Sperren des Durchflusses zwischen einem Einlasskanal und einem Auslass­ kanal vorgesehen ist, die in Abhängigkeit eines durch eine Druckerfassungsein­ richtung 11 erfassten Drucks über eine mechanische Kopplungseinrichtung 12 betätigt wird. Bei Unterschreitung eines vorbestimmten Drucks in dem Auslass­ kanal wird die Schließvorrichtung 10 über die mechanische Kopplungseinrichtung im Ansprechen auf eine mechanischen Bewegung der Druckerfassungseinrichtung 11 geöffnet. Dadurch wird der Durchfluss des Mediums lediglich bei Vorliegen eines ausreichenden Unterdrucks freigegeben und ein Druckabfall bei einem Lei­ tungsbruch führt zum Sperren des Durchflusses. Dadurch kann ein unkontrolliertes Entweichen der Flüssigkeit verhindert werden kann.

Claims (11)

1. Ventilvorrichtung zur Steuerung des Durchflusses eines Mediums zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal, mit:
einer Schließvorrichtung (10; 32, 33) zum Sperren des Durchflusses in einer vorbestimmten Richtung von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal,
gekennzeichnet durch
eine Druckerfassungseinrichtung (11; 40, 41), die mit dem in dem Auslasskanal herrschenden Druck beaufschlagt ist, und
eine Kopplungseinrichtung (12; 34 bis 37) zum Herstellen einer mechanischen Kopplung zwischen der Druckerfassungseinrichtung (11; 40, 41) und der Schließ­ vorrichtung (10; 32, 33), wobei die Kopplungseinrichtung (12; 34 bis 37) durch die Druckerfassungseinrichtung (40, 41) betätigt und dadurch die Schließvorrichtung (32, 33) geöffnet wird, wenn der durch die Druckerfassungseinrichtung (40, 41) erfasste Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließvorrichtung eine Kugel (32) und eine Ventilplatte (33) mit an die Kugel (32) angepasstem Ventilsitz (38) aufweist.

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung einen um eine Schwenkachse (36) schwenkbaren Hebel (34) aufweist, dessen eines Ende an der Kugel (32) und dessen anderes Ende an der Druckerfassungseinrichtung (11; 40, 41) befestigt ist.

4. Ventilvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerfassungseinrichtung einen mit dem Auslasskanal verbundenen Zylinder (40) und einen in dem Zylinder geführten Kolben (41) aufweist.

5. Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (41) eine Kolbenstange (37) aufweist, die über eine Anlenkstelle (35) mit dem schwenkbaren Hebel (34) verbunden ist.

6. Ventilvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert des erfassten Drucks durch die Größe einer druckbeauf­ schlagten Fläche des Kolbens (41) bestimmt ist.

7. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (41) durch eine Rückstellfeder (42) in seine Ausgangsstellung zurückge­ führt wird.

8. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des Kolbens (41) durch einen durch die Kolbenbewegung erzeug­ ten Unterdruck erfolgt.

9. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (32) und die Ventilplatte (33) in einem Käfiggehäuse (31) angeordnet sind, das mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal verbunden ist.

10. Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines mittels einer Pumpe (13) aus einem Behälter (5) abgesaugten Mediums, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Ventilvorrichtung zum Sperren des Durchflusses zwischen dem Behälter (5) und der Pumpe (13),
gekennzeichnet durch
Erfassen des Drucks in einem pumpenseitigen für das Absaugen bereitgestellten Kanal,
Umwandeln des erfassten Drucks in eine mechanische Bewegung, und
Verwenden der mechanischen Bewegung zur Betätigung der Ventilvorrichtung, so dass die Ventilvorrichtung den Durchfluss freigibt, wenn der erfasste Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Fluid ist, das der Ventilvorrichtung über einen die maximale Füllhöhe des Behälters (5) überschreitenden Steigrohrabschnitt zugeführt wird.