DE19652496A1 - Pre=controlled proportionally operating float valve - Google Patents

Pre=controlled proportionally operating float valve

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Klaus Lueckge
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Abstract

The float valve consists of a preliminary step, a main step, a membrane (5) in the main step and a closing mechanism with a float (11). The inlet (3) and outlet (2) apertures of the main step enclose an angle of between 90 and 180 deg . There may be a pre-control bore (13) in the casing cap (14) through which water can flow out of the preliminary step. The bore may have a larger diameter than the overflow bore (4). The ratio between these diameters is between 1.04 and 1.23.

Description

Gängige Schwimmerventile benötigen funktionsbedingt einen sehr großen Bauraum, da sie, wenn große Volumenströme verlangt sind, nahezu die gesamte Querschnittsfläche der angeschlossenen Zuleitung verschließen müssen. Aufgrund des auf diese große Fläche wirkenden Leitungsdruckes ist die zum sicheren Abdichten benötigte Kraft sehr groß und muß durch eine geeignete Kombination von einem langen Hebel mit einem großen Schwimmer aufgebracht werden.Common float valves require a very large installation space due to their function, since, if large volume flows are required, almost the entire Cross-sectional area of the connected supply line must close. Because of of the line pressure acting on this large area is that for safe Sealing requires a very large amount of force and must be achieved by a suitable combination of a long lever with a large float.

Werden Ventile eingesetzt, die kleinere Bauräume beanspruchen, so reduziert sich der mögliche Volumenstrom durch das Ventil aufgrund der kleineren Durchflußquerschnitte und der dadurch größeren Leitungswiderstände des Ventils.If valves are used that take up smaller installation spaces, this is reduced the possible volume flow through the valve due to the smaller Flow cross-sections and the resulting larger line resistances of the valve.

Diese gängigen Schwimmerventile haben zudem den Nachteil, daß die durch die hohen Schließkräfte stark beanspruchte Dichtfläche schnell verschleißt, es zu Un­ dichtigkeiten kommt und somit eine optimale Funktion des Ventils nicht mehr möglich ist.These common float valves also have the disadvantage that the high closing forces, heavily used sealing surface wears out quickly tightness comes and therefore an optimal function of the valve no longer is possible.

Stand der Technik sind elektrisch betätigte, hydraulisch vorgesteuerte, proportional­ wirkende Magnetventile, die bei kleinem Bauraum einen großen Volumenstrom realisieren. Ihr Nachteil besteht in der dazu notwendigen Sensorik und Steuerung, die Strom verbraucht und zusätzliche Installationsarbeiten erfordert.State of the art are electrically operated, hydraulically piloted, proportional Acting solenoid valves that have a large volume flow in a small installation space realize. Their disadvantage is the sensors and controls required for this, which consumes electricity and requires additional installation work.

Zudem sind mechanisch einstellbare, hydraulisch vorgesteuerte Ventile z. B. für den Einsatz in WC Spülkästen bekannt. Diese Ventile zeigen allerdings kein zum Ent­ nahmevolumenstrom proportionales Verhalten des zufließenden Volumenstromes.In addition, mechanically adjustable, hydraulically piloted valves such. B. for the Known use in toilet cisterns. However, these valves show no to ent the volume flow proportional behavior of the inflowing volume flow.

Es ist kein Ventil bekannt, welches einen Volumenstrom proportional zum jeweiligen Entnahmestrom aus dem Behälter liefert und gleichzeitig mit einem mechanischen Schwimmer und einer Vorsteuerstufe ausgestattet sind.No valve is known which has a volume flow proportional to the respective one Extraction current from the container delivers and at the same time with a mechanical Float and a pilot stage are equipped.

Bei der Nachspeisung von Regenwasser z. B. in einen Zwischenbehälter wäre ein mechanisch gesteuertes, proportionalwirkendes Ventil besonders interessant, welches auch große Volumenströme bei kleinem Bauraum realisiert. Dieses Ventil sollte bei Beginn der Wasserentnahme aus dem Behälter öffnen, den zufließenden Volumenstrom dem jeweiligen Entnahmestrom anpassen und erst nach Beendigung der Entnahme schließen. When replenishing rainwater z. B. in an intermediate container would be a mechanically controlled proportional valve is particularly interesting, which also realizes large volume flows in a small installation space. This valve should open at the beginning of the water withdrawal from the container, the inflowing Adjust the volume flow to the respective extraction flow and only after completion close the removal.  

Erfindunginvention

Die Probleme und Nachteile der momentan nach dem Stand der Technik erhältlichen Ventile werden mit den Maßnahmen des Anspruches gelöstThe problems and disadvantages of the current state of the art available valves are solved with the measures of the claim

Vorteilhafte Wirkung der ErfindungAdvantageous effect of the invention

Die neue Erfindung ist ein durch einen schwimmerbetätigten Hebelmechanismus einstellbares, hydraulisch vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil.The new invention is a float operated lever mechanism adjustable, hydraulically pilot operated, proportional acting float valve.

Es kann ohne den Anschluß irgendeiner weiteren Hilfsenergie für das Verschließen von Wasserleitungen verwendet werden.It can be used for locking without the connection of any further auxiliary energy of water pipes.

Der Durchfluß des Ventils kann einfach über einen Hebelmechanismus mit einem Schwimmer gesteuert werden.The flow of the valve can be easily with a lever mechanism Swimmers can be controlled.

Durch unterschiedliche Wasserstände in dem Behälter, in dem das Ventil installiert ist, senkt (bzw. hebt) sich der Schwimmer und mit diesem vergrößert (bzw. verkleinert) sich der Volumenstrom durch das Ventil.Due to different water levels in the container in which the valve is installed the float lowers (or rises) and increases with it (or decreases) the volume flow through the valve.

Durch die proportionale Regelung von Zulauf- und Entnahmevolumenstrom öffnet das Ventil bei Beginn der Wasserentnahme aus dem Behälter, paßt den zufließenden Volumenstrom dem jeweiligen Entnahmestrom an und schließt erst nach Beendigung der Entnahme.The proportional control of the inflow and outflow volume opens the valve at the beginning of the water withdrawal from the container fits the inflowing volume flow to the respective extraction flow and only closes after the end of the removal.

Die Erfindung zeichnet sich durch einen besonders kleinen Bauraum bezogen auf den großen, möglichen Volumenstrom aus.The invention is characterized by a particularly small installation space based on the large, possible volume flow.

Zudem werden die nötigen Schließ- und Steuerkräfte durch die Vorsteuerstufe stark reduziert, so daß die Dichtflächen und sonstige beanspruchte Bauteile nahezu keinem Verschleiß unterliegen. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Ventils enorm erhöht.In addition, the necessary closing and control forces become strong through the pilot level reduced, so that the sealing surfaces and other stressed components almost not subject to wear. This will ensure the operational safety of the valve enormously increased.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung erläutert. Das Ventil besteht aus einer Hauptstufe, einer Vorsteuerstufe und einem Hebelmechanismus. Die Hauptstufe enthält die Zu- (3) und Auslaßöffnung (2) und ist durch das Gehäuseunterteil (1) und die Membran (5) begrenzt. Die Vorsteuerstufe besteht aus dem Raum zwischen Gehäusedeckel (14) und Membran (5) und ist durch die Überströmbohrung (4) mit der Hauptstufe verbunden. Zwischen Deckel und Membran befindet sich eine Druckfeder (15). Im Gehäusedeckel (14) ist die Vorsteuerbohrung (13) angebracht. Der Hebelmechanismus besteht in dem Ausführungsbeispiel aus einem Schwimmer (11) und einem daran befestigten Hebel (10), der seinerseits wieder an dem Vorsteuerkolben (8) befestigt ist. Die Führung und Lagerung des Kolbens und des Hebels übernimmt eine Führungshülse (6), die mit einer durch eine bestimmte Steigung gekennzeichnete Nut (9) versehen ist. Die Führungshülse ist fest mit dem Gehäusedeckel verbunden und so positioniert, daß die an der Stirnseite des Vorsteuerkolbens befestigte Dichtung (7), die Vorsteuerbohrung abdichten kann oder durch die Nutsteigung gesteuert den Abstand s von der Dichtfläche einnimmt.An embodiment of the invention is explained in the drawing. The valve consists of a main stage, a pilot stage and a lever mechanism. The main stage contains the inlet ( 3 ) and outlet opening ( 2 ) and is limited by the lower housing part ( 1 ) and the membrane ( 5 ). The pilot stage consists of the space between the housing cover ( 14 ) and membrane ( 5 ) and is connected to the main stage through the overflow hole ( 4 ). A compression spring ( 15 ) is located between the cover and the membrane. The pilot bore ( 13 ) is made in the housing cover ( 14 ). In the exemplary embodiment, the lever mechanism consists of a float ( 11 ) and a lever ( 10 ) attached to it, which in turn is attached to the pilot piston ( 8 ). The guide and bearing of the piston and the lever is carried out by a guide sleeve ( 6 ) which is provided with a groove ( 9 ) characterized by a certain pitch. The guide sleeve is firmly connected to the housing cover and positioned so that the seal ( 7 ) attached to the end face of the pilot piston can seal the pilot bore or, controlled by the groove pitch, takes up the distance s from the sealing surface.

An der Zuströmöffnung (3) wird die Wasserleitung angeschlossen. Der in ihr wirkende Druck gleicht sich bei gefülltem Behälter oder Schwimmer in seiner obersten Position und damit der Abstand s gleich Null) mit dem Druck im Gehäusedeckel (12) über die Überströmbohrung (4) aus. Durch die größere Fläche auf der Deckelseite der Membran und durch die Feder (15) ist die von der Vorsteuerstufe aus auf die Membran wirkende Kraft größer als die von Seiten der Hauptstufe. Die Membran (5) wird auf den Sitz der Auslaßöffnung gedrückt und diese geschlossen. Da nun sämtliche Öffnungen des Ventils abgedichtet sind, kann kein Wasser in den Behälter nachfließen, das Ventil ist geschlossen.The water pipe is connected to the inflow opening ( 3 ). When the tank or float is full, the pressure acting on it balances in its uppermost position and thus the distance s equals zero) with the pressure in the housing cover ( 12 ) via the overflow bore ( 4 ). Due to the larger area on the cover side of the membrane and the spring ( 15 ), the force acting on the membrane from the pilot stage is greater than that from the main stage. The membrane ( 5 ) is pressed onto the seat of the outlet opening and this is closed. Since all openings of the valve are now sealed, no water can flow into the container, the valve is closed.

Sinkt nun der Wasserstand in dem Behälter, in dem das Ventil montiert ist, so sinkt auch der Schwimmer (11) ab. Diese Bewegung wird durch eine Nut (9) in der Führungshülse und deren Steigung in eine axiale Bewegung des Vorsteuerkolbens (8) umgesetzt. Die Dichtung (7) wird hierdurch von der Vorsteuerbohrung abgehoben.If the water level in the container in which the valve is mounted now drops, the float ( 11 ) also drops. This movement is converted into an axial movement of the pilot piston ( 8 ) by a groove ( 9 ) in the guide sleeve and its slope. The seal ( 7 ) is lifted off the pilot hole.

Der Abstand s vergrößert sich, Wasser strömt aus dem Gehäusedeckel in die Führungshülse aus und wird über die Entlastungsbohrung (12) gezielt abgeleitet. The distance s increases, water flows out of the housing cover into the guide sleeve and is drained through the relief bore ( 12 ).

Der Druck im Gehäusedeckel fällt ab. Da der Durchmesser der Steuerbohrung (13) größer ist als der der Überströmbohrung (4), kann sich der Druck im Deckel mit dem der angeschlossenen Leitung nicht so schnell ausgleichen, wie er über die Steuerbohrung (13) abfällt. Die von der Vorsteuerstufe aus auf die Membranen wirkende Kraft wird kleiner als die der Hauptstufe, die Membrane hebt von ihrem Sitz ab und gibt die Auslaßöffnung frei. Wasser kann nun direkt von der Zuleitung zur Auslaßöffnung strömen.The pressure in the housing cover drops. Since the diameter of the control bore ( 13 ) is larger than that of the overflow bore ( 4 ), the pressure in the cover cannot equalize with that of the connected line as quickly as it drops via the control bore ( 13 ). The force acting on the diaphragms from the pilot stage becomes smaller than that of the main stage, the diaphragm lifts off its seat and releases the outlet opening. Water can now flow directly from the supply line to the outlet opening.

Bei konstanter Entnahme aus dem Behälter wird der Abstand s, und somit die zwischen Dichtung und Steuerbohrung freigegebene Zylindermantelfläche, durch die Auftriebskraft des Schwimmers, den Hebelweg und die Steigung der Nut, so eingestellt, daß sich wieder ein Kräftegleichgewicht aus Feder-, Druck- und Strömungskräften an der Membran ergibt. Die Membrane wird so in einer bestimmten Position gehalten. Der über die Auslaßöffnung und die Steuerbohrung in den Behälter einfließende Volumenstrom wird demnach genau so groß, wie der aktuell aus dem Behälter entnommene Volumenstrom.With constant removal from the container, the distance s, and thus the released cylinder jacket surface between the seal and control bore through which Buoyancy of the swimmer, the leverage and the slope of the groove, so set that there is again a balance of forces from spring, pressure and Flow forces on the membrane results. The membrane is so in one held certain position. The through the outlet opening and the control bore in The volume flow flowing into the container is therefore just as large as the Volume flow currently taken from the container.

Ändert sich dieser Entnahmestrom, so ändert sich auch mit kurzer Zeitverzögerung der Wasserstand im Behälter, damit die Position des Schwimmers und der Abstand s. Dadurch bildet sich ein neues Kräftegleichgewicht an der Membrane, wodurch diese in eine neue Position gebracht wird und den zuströmenden Volumenstrom entsprechend dem Entnahmestrom vergrößert oder verkleinert.If this withdrawal current changes, it also changes with a short time delay the water level in the tank, hence the position of the float and the distance s. This creates a new balance of forces on the membrane this is brought into a new position and the inflowing volume flow enlarged or reduced according to the extraction flow.

Wird die Entnahme aus dem Behälter beendet, so steigt der Wasserspiegel solange an, bis der Abstand s wieder Null wird. Es bildet sich erneut ein Kräfteüberschuß auf der Vorsteuerseite der Membrane, wodurch diese den zufließenden Volumenstrom beendet und die angeschlossene Wasserleitung abdichtet.If the removal from the container is ended, the water level rises as long until the distance s becomes zero again. A surplus of forces builds up again the pilot side of the diaphragm, which causes the inflow volume flow finished and the connected water pipe seals.

Die Abdichtung der Steuerbohrung erfolgt über eine an der Stirnfläche des Steuerkolbens angebrachte Gummidichtung, die als Gummischeibe oder auch als O-Ring ausgeführt sein kann. Durch die sehr kleine Vorsteuerbohrung sind die aufzubringenden Schließ- und Steuerkräfte sehr gering, so daß der Verschleiß der Dichtflächen gegenüber herkömmlichen Schwimmerventilen ohne Vorsteuerung sehr klein wird. Dadurch ist eine längere Betriebssicherheit und Lebensdauer gewährleistet.The control bore is sealed via a on the end face of the Control piston attached rubber seal, which as a rubber washer or as an O-ring can be executed. Due to the very small pilot hole, they are applied closing and control forces very low, so that the wear of the Sealing surfaces compared to conventional float valves without pilot control very much becomes small. This means a longer operational safety and lifespan guaranteed.

BezugszeichenlisteReference list

11

Gehäuseunterteil
Lower part of the housing

22nd

Auslaßöffnung
Outlet opening

33rd

Zuströmöffnung (Anschluß der Wasserleitung)
Inflow opening (connection of the water pipe)

44th

Überströmbohrung
Overflow hole

55

Membran
membrane

66

Führungshülse
Guide sleeve

77

Dichtung
poetry

88th

Vorsteuerkolben
Pilot piston

99

Nut in der Führungshülse
Groove in the guide sleeve

1010th

Hebel
lever

1111

Schwimmer
swimmer

1212th

Entlastungsbohrung
Relief hole

1313

Vorsteuerbohrung
Pilot bore

1414

Gehäusedeckel
Housing cover

1515

Druckfeder
s Abstand zwischen Dichtung und Vorsteuerbohrung
Compression spring
s Distance between the seal and pilot bore

Claims (14)

1. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil, gekennzeichnet dadurch, daß das Ventil aus einer Vorstufe, einer Hauptstufe, einer darin befindlichen Membrane und einem Schließmechanismus mit Schwimmer besteht.1. Pilot operated, proportionally acting float valve, characterized in that the valve consists of a preliminary stage, a main stage, a membrane located therein and a closing mechanism with a float. 2. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zu- und die Auslaßöffnung der Hauptstufe einen Winkel zwischen 90° und 180° einschließen.2. Pilot-operated, proportionally acting float valve according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet opening of the main stage enclose an angle between 90 ° and 180 °. 3. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-2, gekennzeichnet dadurch, daß im Gehäusedeckel eine Vorsteuerbohrung angebracht ist, über die Wasser aus der Vorsteuerstufe ausströmen kann.3. Pilot-operated, proportionally acting float valve according to claims 1-2, characterized in that a pilot bore in the housing cover is attached, through which water can flow out of the pilot stage. 4. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorsteuerbohrung einen größeren Durchmesser aufweist als die Überströmbohrung.4. Pilot-operated, proportionally acting float valve according to claims 1-3, characterized in that the pilot bore a larger Has diameter than the overflow bore. 5. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Durchmesser von Vorsteuerbohrung zu Überströmbohrung zwischen 1,04 und 1,23 liegt5. Pilot-operated, proportionally acting float valve according to claims 1-4, characterized in that the ratio of the diameters of Pilot bore to overflow bore is between 1.04 and 1.23 6. Vorgesteuertes, proportional wirkendes Schwimmerventil nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet dadurch, daß an dem Ventilgehäuse ein Hebelmechanismus angebracht ist.6. Pilot-operated, proportionally acting float valve according to claims 1-5, characterized in that on the valve housing a lever mechanism is appropriate. 7. Hebelmechanismus nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß an der Stirnseite des Vorsteuerkolbens eine Dichtung in Form eines Gummielementes, insbesondere in Form eines O-Ringes angebracht ist.7. lever mechanism according to claim 6, characterized in that at the Face of the pilot piston a seal in the form of a Rubber element, in particular in the form of an O-ring is attached. 8. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-7, gekennzeichnet dadurch, daß die Hebellänge zwischen Schwimmer und Drehachse größer ist als die zwischen Vorsteuerkolben und derselben Drehachse. 8. lever mechanism of the valve according to claim 6-7, characterized in that that the lever length between the float and the axis of rotation is greater than that between the pilot piston and the same axis of rotation.   9. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-8, gekennzeichnet dadurch, daß eine Hülse zur Führung des Vorsteuerkolbens eingesetzt wird.9. lever mechanism of the valve according to claim 6-8, characterized in that that a sleeve is used to guide the pilot piston. 10. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-9, gekennzeichnet dadurch, daß ein Hebel, an dessen einem Ende ein Schwimmer montiert ist, durch eine Nut in der Führungshülse geführt und seitlich am Vorsteuerkolben befestigt ist.10. lever mechanism of the valve according to claim 6-9, characterized in that that a lever, on one end of which a float is mounted, by a Groove in the guide sleeve and laterally attached to the pilot piston is. 11. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-10, gekennzeichnet dadurch, daß eine in der Hülse angebrachte Nut mit einer Steigung versehen ist.11. lever mechanism of the valve according to claim 6-10, characterized in that a groove provided in the sleeve is provided with a slope is. 12. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-11, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis aus Steigung der Nut und Durchmesser der Führungshülse zwischen 0,26°/mm und 0,4°/mm liegt.12. Lever mechanism of the valve according to claim 6-11, characterized in that the ratio of the slope of the groove and the diameter of the Guide sleeve is between 0.26 ° / mm and 0.4 ° / mm. 13. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-12, gekennzeichnet dadurch, daß eine Entlastungsbohrung seitlich in die Führungshülse eingebracht ist.13. lever mechanism of the valve according to claim 6-12, characterized characterized in that a relief bore laterally in the guide sleeve is introduced. 14. Hebelmechanismus des Ventils nach Anspruch 6-13, gekennzeichnet dadurch, daß die Führungshülse, gleichzeitig die Lagerung des Hebels ist.14. lever mechanism of the valve according to claim 6-13, characterized in that the guide sleeve is at the same time the bearing of the lever.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0957301A2 (en) * 1998-05-12 1999-11-17 Quilitz, Olaf Stop valve for fluids
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