DE19815754A1 - Schwimmergesteuertes Servoventil - Google Patents

Abstract

Ein schwimmergesteuertes Servoventil mit einem, den Ventilteller (7) tragenden Differentialkolben (8), an dessen einer Seite ein mit dem Ventileinlaß (2) verbundener Druckraum (2.1) angeordnet ist, der über den Ventilsitz (6) mit dem Ventilauslaß (4) verbunden ist und an dessen anderer Seite eine Gegendruckkammer (9) angeordnet ist, die über eine Vorsteuerdüse mit dem Ventilauslaß (4) und über einen Steuerkanal mit dem Druckraum (2.1) verbunden ist. Koaxial zum Differentialkolben (8) ist ein axial verschiebbarer Stößel (11) angeordnet, der von außen in das Ventilgehäuse (1) hinein und durch die Gegendruckkammer (9) und den Differentialkolben (8) hindurchgeführt ist, derart, daß sein inneres Ende in einem mit dem Ventilauslaß (4) verbundenen Raum liegt. Der Stößel (11) trägt eine in der Gegendruckkammer (9) der Vorsteuerdüse gegenüberliegende Stößeldichtung (12). Das äußere Ende des Stößels (11) ist mit dem kürzeren Hebelarm (15.3) eines zweiarmigen Hebels (15) verbunden. Der längere Hebelarm (15.4) des Hebels (15) trägt den Schwimmer (16). Die Bewegung des Schwimmers (16) wird auf den Stößel (11) derart übertragen, daß die Stößeldichtung (12) eine zur Schwimmerbewegung proportionale Hubbewegung vollzieht. Das Ventil arbeitet druckneutral.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schwimmergesteuer­ tes Servoventil. Schwimmergesteuerte Ventile sind au­ tomatische Ventile und dienen dazu, den Füllstand in Behältern auf konstanter Höhe zu halten.

Bei fallendem Wasserstand wird die Bewegung eines Schwimmerkörpers genutzt, um das Ventil zu öffnen. Mit steigendem Wasserstand und damit aufsteigendem Schwimmer schließt das Ventil, wenn der vorgesehene Füllgrad des Behälters erreicht ist.

Um auch bei hohen Versorgungsdrücken und großen Volu­ menströmen relativ kleine Schwimmerkörper einsetzen zu können, ist es bekannt, bei einem schwimmergesteu­ erten Ventil das Servoprinzip im Ventilaufbau zu ver­ wenden. Das heißt, der Schwimmer öffnet und schließt nicht das Ventil selbst, sondern eine Vorsteuerdüse. Durch eine hydraulische Folgesteuerung wird dann das Hauptventil bewegt.

Ein bekanntes schwimmergesteuertes Servoventil be­ sitzt einen in einem Ventilgehäuse bewegbar angeord­ neten den Ventilteller tragenden Differentialkolben, an dessen einer Seite ein mit dem Ventileinlaß verbundener Druckraum angeordnet ist, der über einen dem Ventilteller gegenüberliegenden Ventilsitz mit dem Ventilauslaß verbunden ist und an dessen anderer Seite eine Gegendruckkammer angeordnet ist. Diese Gegendruckkammer besitzt in ihrer festen Außenwand eine Öffnung, die schwimmergesteuert geöffnet oder geschlossen wird, was zur Folgesteuerung des Hauptventils führt.

Es sind weiterhin als Magnetventile ausgebildete Ser­ voventile bekannt (EP-A 0 271 765 und EP-A 0 49 331), bei denen die Gegendruckkammer über eine mittig im Differentialkolben angeordnete Vorsteuerdüse mit dem Ventilauslaß und über einen außermittig im Differen­ tialkolben angeordneten Steuerkanal mit dem Druckraum verbunden ist. Bei diesen Magnetventilen ist der Mag­ netanker des elektromagnetischen Steuersystems in der Gegendruckkammer angeordnet und durch seine Betäti­ gung wird die Vorsteuerdüse geöffnet und geschlossen, was wiederum zur hydraulischen Folgesteuerung des Hauptventils führt.

Nachteilig bei bekannten schwimmergesteuerten Venti­ len ist, daß schon kleine Schwimmerbewegungen den vollen Volumenstrom auslösen. Dies führt zu Überfül­ lungen, Spritzerscheinungen und aufschaukelndem in­ termetierendem Ein- und Ausschalten. Nachteilig bei bekannten Konstruktionen ist weiterhin, daß die Betä­ tigungskräfte des Ventils mit steigendem Wasserdruck größer werden. Dies führt zu entsprechend großen Schwimmerkörpern, da bei der Volumenbemessung der größtmögliche Versorgungsdruck berücksichtigt werden muß. Diese, aufgrund des hohen Wasserdrucks notwendi­ gen hohen Betätigungskräfte haben wiederum den Nach­ teil, daß bei einem Druckabfall infolge der hohen Kräfte die die Vorsteuerdüse verschließende Dichtung beschädigt werden kann.

Der Erfindung liegt die Auf­ gabe zugrunde, ein schwimmergesteuertes Servoventil zu schaffen, bei dem einerseits kleine Schwimmerbewe­ gungen nur einen Teil des Volumenstroms auslösen und das andererseits druckneutral arbeitet, daß heißt, daß die Ventilbetätigung nicht durch eine zusätzli­ che, einseitig wirkende, aus dem Wasserdruck resul­ tierende Kraft beeinträchtigt wird. Hiermit soll er­ reicht werden, daß kleinere Schwimmer sowie kleinere Hebelarme verwendet werden können, was zu einer ins­ gesamt kleineren Bauweise führt, und daß keine Hyste­ reseerscheinungen auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Be­ tätigungsmechanismus für das Ventil so auszubilden, daß proportional zur Bewegung des Schwimmers der Ven­ tilteller nur einen entsprechenden Teilhub ausführen kann. Hierdurch wird bei wenig sinkendem Wasserspie­ gel auch nur ein geringer Volumenstrom des Ventils aktiviert. Erst bei weiter fallendem Pegel vergrößert sich der nachfüllende Volumenstrom mehr und mehr. Weiterhin ist die Betätigungseinrichtung so ausgebil­ det, daß infolge des in die Gegendruckkammer abge­ dichtet hinein- und wieder aus ihr herausgeführten Stößels keine vom Wasserdruck abhängige zusätzliche Kraft auf den Stößel wirkt, die rückwirkend die Schwimmerbewegung beeinträchtigen könnte.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils, ist die Vorsteuerdüse durch den Ringspalt zwischen einer Bohrung zur Durch­ führung des Stößels durch den Differentialkolben und dem hindurchgeführten inneren Ende des Stößels gege­ ben. Dieser Ringspalt kann eine Weite von wenigen Hunderstel Millimetern besitzen. Ein Zusetzen dieses engen Ringspalts, beispielsweise durch Kalkablagerun­ gen, wird durch die ständigen Bewegungen des Stößels in der Bohrung verhindert.

Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen schwim­ mergesteuerten Servoventils sowie seine Funktions­ weise näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt das gesamte Ventil mit Schwimmer;

Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung den reinen Ventilteil der Einrichtung nach Fig. 1.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte schwimmergesteu­ erte Servoventil besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit ei­ nem ein Anschlußgewinde 3 tragenden Ventileinlaß 2 und einem Ventilauslaß 4. Im Ventileinlaß 2 ist ein Siebkörper 5 angeordnet, der das Ventil vor Ver­ schmutzung schützt. In das Ventilgehäuse 1 ist der Ventilsitz 6 eingeformt. Das Ventilgehäuse ist an seiner Oberseite mit einem Verschlußteil 10 abge­ schlossen. Im Innenraum des Ventilgehäuses befindet sich ein als Differentialkolben ausgebildeter Ventil­ teller, der aus einer Membrane 7 besteht, deren Außenrand zwischen Ventilgehäuse 1 und Verschlußteil 10 eingespannt ist und die von einem Stützkörper 8 getragen ist. An der einen in Fig. 2 unteren Seite der Membrane 8 befindet sich ein mit dem Ventileinlaß 2 verbundener Druckraum 2.1, der über den Ventilsitz 6 mit dem Ventilauslaß verbunden ist und auf der an­ deren in Fig. 2 oberen Seite der Membrane 8 ist eine Gegendruckkammer 9 angeordnet, die einerseits über eine mittig angeordnete Bohrung 8.3 mit dem Ventil­ auslaß 4 und über einen außermittig angeordneten Steuerkanal 8.1 mit dem Druckraum 2.1 verbunden ist.

Die Gegendruckkammer 9 wird von einem Stößel 11 durchdrungen, der koaxial zum Stützkörper 1 und zur Bohrung 8.3 angeordnet ist und durch eine O-Ringdich­ tung 13 in die Gegendruckkammer 9 hineingeführt und durch die Bohrung 8.3 wieder aus der Gegendruckkammer 9 herausgeführt ist. Somit liegt, wie aus Fig. 2 er­ sichtlich, das obere äußere Ende des Stößels 11 außerhalb der Gegendruckkammer 9. Ebenso liegt das in Fig. 2 untere innere Ende des Stößels 12 in einem Ka­ nal 8.2, der mit dem Ventilauslaß 4 verbunden ist. Innerhalb der Gegendruckkammer 9 trägt der Stößel 12 eine Stößeldichtung 12, die der Bohrung 8.3 direkt gegenüberliegt. Der Durchmesser des inneren Endes des Stößels 12 ist um wenige Hundertstel Millimeter klei­ ner als die Weite der Bohrung 8.3, so daß der hier­ durch entstehende Ringkanal die Vorsteuerdüse bildet, die bei aufgesetzter Stößeldichtung 12 verschlossen und bei abgehobener Stößeldichtung 12 geöffnet ist. Diese Führung des Stößels 11 hat zur Folge, daß bei geöffnetem Ventil keine aus dem Wasserdruck resultie­ rende Kraft auf den Stößel 11 einwirkt.

Am oberen aus dem Verschlußteil 10 herausgeführten Ende des Stößels 11 ist eine Druckfeder 14 aufgefä­ delt, die sich einerseits am Verschlußteil 10 und andererseits an einem am obersten Ende des Stößels 11 angeordneten Stößelaufsatz 11.1 abstützt und den Stö­ ßel mit einer in Fig. 2 nach oben gerichteten Kraft beaufschlagt, die in Öffnungsrichtung der Stößeldich­ tung 12 wirksam ist. An der Oberseite des Verschluß­ teils 10 ist eine Aufnahmevorrichtung 17 für einen Hebel 15 angeordnet. Der Hebel 15 ist ein zweiarmiger Hebel mit einem kürzeren Hebelarm 15.3 und einem län­ geren Hebelarm 15.4, und die Aufnahmevorrichtung 17 besitzt ein Paar gabelförmiger Rastzungen 17.1, in welche der Hebel 15 mit seinem Drehpunkt 15.1 einra­ stend eingesetzt und in denen er drehbar gelagert ist. Der Stößel 11 stützt sich mit dem Stößelaufsatz 11.1, und unter der Einwirkung der Druckfeder 14, an der Unterseite des kürzeren Hebelarms 14.3 ab.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist an dem längeren Hebel­ arm 15.4 des Hebels 15 eine Gewindestange 15.2 ange­ formt, auf welcher der Schwimmerkörper 16 drehbar und damit höhenverstellbar befestigt ist.

Durch den Steuerkanal des Stützkörpers 8 ist eine am Stützkörper 8 festgelegte Feder 18 geführt und zwar so, daß sie sich mit einem gebogenen Abschnitt an der oberen Begrenzungsfläche der Gegendruckkammer 9 ab­ stützen kann, so daß bei einer Bewegung des Stützkör­ pers 8 mit der Membrane 7 sich die Feder 18 relativ zum Steuerkanal 8.1 bewegt und diesen von Verunreini­ gungen und Ablagerungen freihält.

Die Funktionsweise des in den Zeichnungen dargestell­ ten schwimmergesteuerten Servoventils ist folgende:
Die Fig. 1 und 2 zeigen das Ventil im geschlossenen Zustand, das heißt, der Schwimmer 16 ist durch den Wasserspiegel soweit angehoben, daß der schwenkbar gelagerte Hebel 15 den Stößel 11 entgegen der Kraft der Druckfeder 14 in Richtung auf die Gegendruckkam­ mer 9 verschoben hat, so daß die Stößeldichtung 12 die Vorsteuerdüse 8.3 des Kanals 8.2 verschließt.

Bei Druckausgleich in der Gegendruckkammer 9, die über den Steuerkanal 8.1 mit dem Druckraum 2.1 bzw. dem Ventileinlaß 2 verbunden ist, ergibt sich auf­ grund unterschiedlicher Wirkflächen oberhalb und un­ terhalb der Membrane 7 eine Kraft, die die Membrane 7 auf dem Ventilsitz 6 festhält. Fällt der Wasserspie­ gel, so sinkt der Schwimmer 16 ab und der Hebel 15 verschwenkt derart, daß sich der kurze Hebelarm 15.3 vom Stößelaufsatz 11.1 wegbewegt, so daß die Druckfe­ der 14 den Stößel 11 zusammen mit der Stößeldichtung 12 anhebt. Damit öffnet sich die Vorsteuerdüse 8.3, was zu einem Druckabfall in der Gegendruckkammer 9 führt. Nun hebt der auf die Unterseite der Membrane 7 vom Ventileingang 2 her wirkende Wasserdruck die Mem­ brane 7 vom Ventilsitz 6 ab, so daß Wasser zum Ventilausgang 4 fließt und einen nicht dargestellten Behälter füllen kann. Dabei hebt sich der Schwimmer 16 an, bis durch Aufsetzen der Stößeldichtung 12 auf die Vorsteuerdüse 8.3 der Kanal 8.2 wieder geschlos­ sen und so der Wasserfluß gestoppt wird. Hierbei er­ höht sich der Volumenstrom jeweils proportional zur Schwimmerbewegung, das heißt, bei nur geringfügiger Absenkung des Schwimmers 16 kann die Membrane 7 nur einen Teilhub ausführen, bis der Stützkörper 8 an der Stößeldichtung 12 anschlägt. Bei weiter fallendem Schwimmer 16 bewegt sich die Stößeldichtung 12 von der Vorsteuerdüse 8.3 fort, so daß die Membrane 7 mit dem Stützkörper 8 dann einen entsprechend größeren Hub ausführen kann.

Durch die Bewegung des unteren Endes des Stößels 11 in der Vorsteuerdüse 8.3 wird verhindert, daß bei­ spielsweise Kalkablagerungen die Vorsteuerdüse 8.3 zusetzen können.

Claims (7)

1. Schwimmergesteuertes Servoventil mit einem in ei­ nem Ventilgehäuse (1) bewegbar angeordneten, den Ventilteller (7) tragenden Differentialkolben (8), an dessen einer Seite ein mit dem Ventileinlaß (2) verbundener Druckraum (2.1) angeordnet ist, der über einen dem Ventilteller (7) gegenüberliegenden Ventilsitz (6) mit dem Ventilauslaß (4) verbunden ist und an dessen anderer Seite eine Gegendruck­ kammer (9) angeordnet ist, die über eine mittig im Differentialkolben (8) angeordnete Vorsteuerdüse (8.3) mit dem Ventilauslaß (4), und über einen außermittig im Differentialkolben (8) angeordneten Steuerkanal (8.1) mit dem Druckraum (2.1) verbun­ den ist und mit einem koaxial zum Differentialkol­ ben (8) angeordneten, axial verschiebbaren Stößel (11), der von außen abgedichtet in das Gehäuse (1) hinein und durch die Gegendruckkammer (9) und den Differentialkolben (8) hindurchgeführt ist derart, daß sein inneres Ende in einem mit dem Ventilaus­ laß (4) verbundenen Raum (8.2) liegt, und der eine in der Gegendruckkammer (9) der Vorsteuerdüse (8.3) gegenüberliegende Stößeldichtung (12) trägt und dessen äußeres Ende derart mit dem kürzeren Hebelarm (15.3) eines zweiarmigen Hebels (15), dessen längerer Hebelarm (15.4) den Schwimmer 16 trägt, verbunden ist, daß die Bewegung des Schwim­ mers (16) auf den Stößel (11) übertragen wird und die Stößeldichtung (12) eine zur Schwimmerbewegung proportionale Hubbewegung vollzieht.

2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorsteuerdüse (8.3) durch den Ringspalt zwischen einer Bohrung zur Durchführung des Stößels (11) durch den Differentialkolben (8) und dem hindurchgeführten inneren Ende des Stößels (11) gegeben ist.

3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich das äußere Ende des Stößels (11) am kurzen Hebelarm (15.3) abstützt und der Stößel (11) mittels einer sich am Gehäuse (1) ab­ stützenden Druckfeder (14) mit einer in Öffnungs­ richtung der Stößeldichtung (12) wirkenden Kraft beaufschlagt ist.

4. Servoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventilgehäuse (1) an der Seite der Gegendruckkammer (9) mittels eines Verschlußteils (10) abgeschlossen ist, durch welches der Stößel (11) abgedichtet geführt ist, wobei das äußere Ende des Stößels (11) einen sich am kurzen Hebel­ arm (15.3) abstützenden Stößelaufsatz (11.1) trägt und die Druckfeder (14) zwischen dem Verschlußteil (10) und dem Stößelaufsatz (11.1) angeordnet ist.

5. Servoventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem Verschlußteil (10) eine Aufnahmevorrichtung (17) für den Hebel (15) ange­ ordnet ist.

6. Servoventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufnahmevorrichtung (17) ein Paar ga­ belförmiger Rastzungen (17.1) aufweist, in welche der Hebel (15) mit seinem Drehpunkt (15.1) ein­ rastend eingesetzt und drehbar gelagert ist.

7. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (16) über eine Gewindestange (15.1) höhenverstellbar am län­ geren Hebelarm (15.4) befestigt ist.