DE102005059699A1

DE102005059699A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schliessen eines Zulaufventils und/oder eines Ablaufventils eines Flüssigkeitsbehälters

Info

Publication number: DE102005059699A1
Application number: DE200510059699
Authority: DE
Inventors: Joseph Dr. Zebbug Cilia; Joseph Vittoriosa Pulé; Georg Birkirkara Schembri
Original assignee: Abertax Research and Development Ltd
Current assignee: Abertax Research and Development Ltd
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Das Verfahren dient zum Öffnen und/oder Schließen eines Zulaufventils und/oder eines Ablaufventils eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Behälters (24) für Trinkwasser oder Brauchwasser und ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines bistabilen Ventils (10) mit einer verzögerungsfreien Öffnungs- und Schließcharakteristik ohne Zwischenstellung, wodurch nicht meßbare Tropfmengen ausgeschlossen sind. DOLLAR A Die Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen eines Zulaufventils und/oder eines Ablaufventils eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Behälters (24) für Trinkwasser oder Brauchwasser, hat ein bistabiles Ventil (10) mit einer verzögerungsfreien Öffnungs- und Schließstellung ohne Zwischenstellungen, in denen kleine und damit nicht erfaßbare Scheinverluste auftreten würden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen und/oder Schließen eines Zulaufventil und/oder eines Ablaufventils eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Behälters für Trinkwasser oder Brauchwasser. Ferner betrifft die Erfindung eine hierfür geeignete Vorrichtung.
Die Versorgung aller Haushalte eines Landes obliegt im allgemeinen den öffentlichen Wasserwerken, die den jeweiligen Verbraucher mit der ermittelten Menge des gelieferten Wassers belasten. Zu diesem Zweck dienen in die Zulaufleitung geschaltete Wasseruhren, die das Durchflussvolumen des Wassers messen. Der Messgenauigkeit dieser Geräte ist allerdings eine Grenze gesetzt, die selbst mit hochentwickelten Messgeräten nicht überschritten werden kann. Messungenauigkeiten ergeben sich dabei vor allem in der Anfangs- und in der Endphase des Durchlaufs, in der die dabei auftretenden, geringen Durchflussmengen nicht erfasst werden.

Die 9 und 10 zeigen ein Beispiel eines herkömmlichen Ventils 10, mit dem der Zulauf von Wasser in einen Behälter geschlossen werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Spülkasten einer Wassertoilette oder ein Wasserreservoir handeln, wie es vielfach in südlichen Ländern auf dem Hausdach installiert ist. Bei der Entnahme von Flüssigkeit bewegt sich ein Schwimmer 12 auf der Flüssigkeitsoberfläche in die in 11 gezeigte Stellung, so daß der Ventilkörper 14 die Zulauföffnung 16 in dem Ventilgehäuse 18 freigibt. Damit kann das Wasser über die geöffnete Zulauföffnung 16 in die Ablauföffnung 20 und damit in den nicht dargestellten Behälter fließen.

Duch den nun steigenden Flüssigkeitspegel im Behälter wird der Schwimmer 12 wieder nach oben bewegt, so daß er über sein Steuergestänge 22 den Ventilkörper 14 allmählich wieder in die Schließstellung gemäß 10 zurückführt. Zum Ende dieser Rückstellphase fließen dann in Abhängigkeit vom Abstand des Ventilkörpers 14 zur Zulauföffnung 16 nur noch geringe Tropfmengen in die Ablauföffnung 20, die aufgrund der oben erläuterten Messungenauigkeit der Wasseruhr nicht registriert werden. Es handelt sich dabei um sogenannte Scheinverluste, die dem Verbraucher durch das Wasserwerk nicht in Rechnung gestellt werden.

Berechnungen haben für die Insel Malta haben ergeben, daß bei einem Scheinverlust von etwa 2,5 m³ je Haushalt ein Fehlbetrag für das Wasserwerk bei etwa 11 Euro liegt, was bei insgesamt 140 000 Haushalten in Malta zu einem jährlichen finanziellen Verlust des Wasserwerkes von 1,5 Millionen Euro führt.

8 zeigt die Messgenauigkeit einer herkömmlichen, volumetrisch arbeitenden Wasseruhr in Abhängigkeit vom Durchfluss. Hier ist zu erkennen, daß die Messung erst bei einem Durchfluss von etwa 3,75 Liter/Stunde beginnt, wobei hier die Messgenauigkeit eine Fehlerquote von etwa 5 % hat. Erst bei dem doppelten Durchfluss (7,5 Liter/Stunde) beginnt die Wasseruhr mit einer konstanten Messgenauigkeit, bei der die Fehlerquote nur noch etwa 2 % beträgt. Über einem maximalen Durchfluss von etwa 2 m³/Stunde steigt der Messfehler dramatisch an, was zu einer Zerstörung der Messmechanik führen kann. Der kritische Bereich liegt, wie sich aus dem Diagramm der 8 ergibt, am Beginn und am Ende der Messung, wo der Durchfluss geringer als etwa 4 Liter/Stunde ist.

9 verdeutlicht den durchschnittlichen Verlauf eines Durchsatzes V/t, beispielsweise für ein auf dem Dach eines Gebäudes angebrachten Wasserreservoirs. Zum Ende des Entnahmevorgangs ist die Durchflussmenge so gering (schraffierter Bereich), so daß sie von einer Wasseruhr nicht mehr festgestellt werden kann. Dieser Bereich beginnt, ähnlich wie sich aus dem Diagramm der 8 ergibt, bei einem Durchfluss von etwa 4 bis 5 Liter/Stunde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 anzugeben, bei denen die durch Tropfmengen verursachten Scheinverluste, die von den bisherigen Messgeräten nicht erfasst werden können, sicher vermieden werden, so daß dem Verbraucher die tatsächlich gelieferten Mengen in Rechnung gestellt werden können.

Nach den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines bistabilen Ventils mit einer verzögerungsfreien Öffnungs- und Schließcharakteristik ohne Zwischenstellung. Die Vorrichtung des Anspruchs 2 ist gekennzeichnet durch ein bistabiles Ventil mit einer verzögerungsfreien Öffnungs- und Schließstellung ohne Zwischenstellung.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß das Ventil ohne jede Zwischenstellungen entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen ist, so daß zu Beginn des Zulaufs und am Ende des Ablaufs keinerlei nicht messbare Tropfmengen auftreten.

Eine mögliche Realisierung kann darin bestehen, daß das Ventil zum Öffnen und Schließen einer Zulauf- bzw. Ablauföffnung einen Ventilkörper aufweist, der über ein Kniehebelgelenk mit zwei stabilen Endstellungen mit einem Schwimmer verbunden ist. Der Schwimmer kann hierbei über einen Arm mit einer Nockenplatte fest verbunden sein, die zwei Steuernocken aufweist, zwischen denen sich ein Hebel des Kniehebelgelenks erstreckt. Ein derartiges Kniehebelgelenk verändert seine Stellung schlagartig, so daß der Ventilkörper nur zwei stabile Endstellungen einnehmen kann, ohne daß in einer Zwischenphase die Zulauf- bzw. Ablauföffnung nur teilweise geschlossen ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das Ventil einen als Membranplatte ausgebildeten Ventilkörper zum Öffnen und Schließen einer Zulauföffnung bzw.

Ablauföffnung aufweist, die zwei Durchtrittsöffnungen aufweist und in einem Ventilgehäuse so eingespannt ist, daß die beiden Durchtrittsöffnungen jeweils einer in das Gehäuse mündenden Öffnung einer Leitung für den Zulauf bzw. für die Weiterleitung der Flüssigkeit gegenüberliegt.

Zur Betätigung der Membranplatte kann hier ein Magnetanker vorgesehen sein, der in dem Ventilgehäuse recktwinklig zur Ebene der Membranplatte verschiebbar ist und dabei zur Anlage an die Membranplatte kommt, die ebenfalls nur zwei definierte Endstellungen hat.

Über die beiden möglichen Ausführungsformen eines für die Erfindung geeigneten Ventils hinaus sind andere Konstruktionen denkbar, sofern gewährleistet ist, daß das Ventil verzögerungsfrei aus der Öffnung- in die Schließstellung und umgekehrt gelangt.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitsbehälters mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Zulaufventil,
2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 gezeigten Zulaufventils in der geschlossenen Stellung,
3 das Zulaufventil der 2 in der geöffneten Stellung,
4 eine der 1 ähnliche Darstellung eines Behälters mit einer anderen Ausführungsform für das Zulaufventil,
5 in vergrößertem Maßstab das in 4 verwendete Zulaufventil in der geöffneten Stellung,
6 das Zulaufventil der 5 in der geschlossenen Stellung,
7 eine Variante des Ventils der 5 und 6 in der Verwendung als Ablaufventil,
8 das bereits erläuterte Schaubild der Messgenauigkeit einer herkömmlichen Wasseruhr,
9 die ebenfalls besprochene Abhängigkeit des ermittelbaren und nicht ermittelbaren Durchsatzes über der Öffnungs- bzw. Schließzeit eines herkömmlichen Ventils,
10 die schematische Darstellung eines herkömmlichen Zulaufventils mit von einem Schwimmer betätigten, verschiebbaren Ventilkörper in der geschlossenen Stellung und
11 das Ventil des Standes der Technik der 10 in der geöffneten Stellung.
1 zeigt schematisch einen Behälter 24, beispielsweise den Spülkasten einer Wassertoilette. Das hierbei eingesetzte Ventil 10 ist in den 2 und 3 in allen Einzelheiten dargestellt.
Nachdem ein Ablaufventil 30 in der Ablaufleitung 20 geöffnet wurde, fällt der Flüssigkeitspegel in dem Behälter 24 ab, so daß das Zulaufventil 10 mit dem Ventilkörper 14 die in 3 dargestellte Position einnimmt. Die Steuerung der Füllstandhöhe A im Behälter 24 erfolgt über den Schwimmer 12, der über ein Kniehebelgelenk 26 auf den Ventilkörper 14 zum Öffnen und Schließen der Zulauföffnung 16 dadurch einwirkt, daß der Ventilkörper 14 die Ablauföffnung 20 des Ventilgehäuses 18 entweder ganz öffnet (3) oder ganz schließt (2). Hierfür ist der Ventilkörper 14 in Form eines Pilzes mit einem Kugelkopf ausgebildet, der sich in 2 in der geschlossenen und in 3 in der geöffneten Stellung befindet. In der geschlossenen Stellung gemäß 2 befindet sich der Schwimmer 12 auf einem Niveau A, bei welchem das Kniehebelgelenk 26 nicht auf den Ventilkörper 14 einwirkt. Bei Absinken des Niveaus sinkt auch der Schwimmer 12, so daß gemäß 3 das Kniehebelgelenk 26 unmittelbar und ohne Übergang in seine obere Endstellung umklappt und dabei den Ventilkörper 14 in die geöffnete Stellung anhebt.
Wie die 2 und 3 weiter zeigen, ist der Schwimmer 12 an einem radial abstehenden Arm 28 befestigt, an dessen gegenüberliegendem Ende eine Nockenplatte 32 fest angebracht ist. Diese hat zwei Steuernocken 34, welche auf einen der beiden Hebel 36 des Kniehebelgelenks 26 einwirken, um den Ventilkörper 14 in die Schließstellung (2) zu bringen. Die Anlenkung der beiden Hebel 36 des Kniehebelgelenks 26 am Ventilgehäuse 18 oder am Behälter 24 ist nicht weiter dargestellt.
Die 4 bis 6 zeigen eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung des Ventils 10 zur Steuerung des Zulaufs der Flüssigkeit in den Behälter 24. In 4 ist schematisch die in den Behälter 24 mündende Zulauföffnung 16 mit dem darin eingesetzten Ventil 10 gezeigt, über welches die Füllstandshöhe A im Behälter 24 gesteuert werden kann, wobei auch hier ein Schwimmer 12 vorgesehen ist.
Aus den 5 und 6 ergibt sich der grundsätzliche Aufbau des Ventils 10, das ein nach außen geschlossenes Ventilgehäuse 18 hat, in dem eine Membranplatte 38 eingespannt ist. Diese unterteilt das Gehäuse 18 in eine erste, untere Kammer 40 und eine zweite, obere Kammer 42. In die obere Kammer 42 mündet die Zulaufleitung 16 für die Flüssigkeit; von dieser oberen Kammer 42 geht eine Leitung 16' für die Weiterleitung der Flüssigkeit in den Behälter 24 aus. In der Stellung der Membranplatte 38 gemäß 5 sind die beiden Leitungen 16 und 16' miteinander verbunden, so daß Flüssigkeit in den Behälter 24 eingefüllt wird.
Die Membranplatte 38 hat zwei Druchtrittsöffnungen 44 und 44', die den Öffnungen der Leitung 16 bzw. 16' gegenüber liegen.
Unterhalb der Membranplatte 38 befindet sich ein der Öffnung 44' gegenüberliegender Magnetanker 46, der in einem nach außen geschlossenen Führungsrohr 48, das sich von der unteren Kammer 42 nach unten erstreckt, vertikal beweglich gelagert ist. Das Führungsrohr 48, das einen zylindrischen oder prismatischen Querschnitt haben kann, greift in einen ringförmigen Permanentmagnetkörper 50 ein, der auf der Oberseite des Schwimmers 12 befestigt ist. Wie bereits erwähnt, nimmt in der Stellung der 5 die Membranplatte 38 eine waagrechte Stellung ein, in der ihre beiden Durchtrittsöffnungen 44 und 44' den Durchfluss der Flüssigkeit durch die Leitung 16 zu der Leitung 16' und damit in den Behälter 24 freigeben.
Wenn mit steigender Flüssigkeitshöhe im Behälter 24 das maximale Niveau A erreicht wird, ist auch der Schwimmer 12 in der angehobenen Stellung gemäß 6, wobei er den Magnetanker 46 mit angehoben hat. Dieser drückt in dieser Stellung die Membranplatte 38 in ihre nach oben gewölbter Form und schließt gleichzeitig die Durchtrittsöffnung 44', wodurch die gegenüberliegende Öffnung der Leitung 16' für die Weiterleitung der Flüssigkeit abgeschlossen wird. Ein weiteres Befüllen des Behälters 24 sowie kleine Tropfmengen sind in dieser Schließstellung des Ventils 10 ausgeschlossen. Flüssigkeit, die anfänglich noch über die Leitung 16 in das Gehäuse 18 einströmt, gelangt über die Durchtrittsöffnung 44 in die untere Kammer 40 des Gehäuses 18 und unterstützt hierbei die Verformung der Membranplatte 38 in ihre in 6 gezeigte Schließstellung. Wenn das Ablaufventil 30 geöffnet wird, beispielsweise zur Einleitung eines Spülvorgangs einer Wassertoilette, sinkt der Schwimmer 12, so daß über die Leitungen 16 und 16' wieder Flüssigkeit in den Behälter 24 nachströmen kann.
7 zeigt, daß das Ventil 10 der Bauart der 5 und 6 auch als Ablaufventil 30 für den Behälter 24 verwendet werden kann. In der in 7 gezeigten Öffnungsstellung befindet sich die Membranplatte 38 in ihrer gestreckten Form, so daß eine Verbindung von der Zulaufleitung 16 in die Ablaufleitung 16' hergestellt ist. Um den Durchfluss schlagartig zu unterbrechen, dient auch hier ein Magnetanker 46, der allerdings nicht durch einen Schwimmer betätigt wird sondern über ein anderes Stellorgan mechanischer, elektrischer, elektromagnetischer oder magnetischer Bauart.

Claims

Verfahren zum Öffnen und/oder Schließen eines Zulaufventils und/oder eines Ablaufventils eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Behälters für Trinkwasser oder Brauchwasser, gekennzeichnet durch die Verwendung eines bistabilen Ventils (10) mit einer verzögerungsfreien Öffnungs- und Schließcharakteristik ohne Zwischenstellung.
Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen eines Zulaufventils und/oder eines Ablaufventils eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Behälters für Trinkwasser oder Brauchwasser, gekennzeichnet durch ein bistabiles Ventil (10) mit einer verzögerungsfreien Öffnungs- und Schließstellung ohne Zwischenstellung.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) zum Öffnen und Schließen einer Zulauföffnung (16) bzw. Ablauföffnung (16') einen Ventilkörper (14) aufweist, der über ein Kniehebelgelenk (26) mit zwei stabilen Endstellungen mit einem Schwimmer (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (12) über einen Arm (28) mit einer Nockenplatte (32) fest verbunden ist, die zwei Steuernocken (34) aufweist, zwischen denen sich ein Hebel (36) des Kniehebelgelenks (26) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) einen als Membranplatte (38) ausgebildeten Ventilkörper zum Öffnen und Schließen einer Zulauföffnung bzw. Ablauföffnung aufweist, die zwei Durchtrittsöffnungen (44, 44') aufweist und in einem Ventilgehäuse (14) so eingespannt ist, daß die beiden Durchtrittsöffnungen (44, 44') jeweils einer in das Gehäuse (18) mündenden Öffnung einer Leitung für den Zulauf (16) bzw. für die Weiterleitung (16') der Flüssigkeit gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Membranplatte (38) ein in dem Gehäuse (18) rechtwinklig zur Ebene der Membranplatte (38) verschiebbarer, zur Anlage an dieser kommender Magnetanker (46) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (46) über einen Permanentmagnetkörper (50) betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnetkörper an der Oberseite eines Schwimmers (12) befestigt ist.