DE2521928C2 - Hilfsgesteuertes Schwimmerventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwimmerventil zum sicheren Füllen von Behältern, das durch eine Steuerkammer geregelt wird, die von einem durch einen Schwimmer gesteuerten Hilfsventil betätigt wird.

Solche hilfsgesteuerten Schwimmerventile werden eingesetzt, wenn der auf dem Hauptventil lastende Druck der Flüssigkeitsquelle größer ist als die Auftriebskraft des gegen diesen Druck schließenden Schwimmers.

Zu diesem Fall wird eine Steuerkammer zwischengeschaltet, die mit der Flüssigkeitsquelle verbunden ist und die ein vom Schwimmer betätigtes Hilfsventil aufweist. Steigt der Schwimmer auf ein gewünschtes Niveau, so trifft eine auf ihm befestigte Ventilnadel einen am Boden der Steuerkammer befindlichen Ventilsitz und schließt somit die Ablaßöffnung der Steuerkamnier, die den zum öffnen des Hauptventils benötigten Druckausgleich zwischen Flüssigkeitsquelle und zu füllendem Behälter bewirkt. Bei geschlossenem Hilfsventil stellt sich in der Steuerkammer durch die Verbindungsöffnüiig der gleiche Druck wie in der Flüssigkeitsquelle ein, so daß durch die geometrische Gestaltung der Außen- und Innenflächen des oberen Teils der Steuerkammer der Flüssigkeitsdruck eine nach oben gerichtete Bewegung dieses Teils bewirkt Das obere und das untere Teil der Steuerkammer sind mit einer dichten Membran verbunden, so daß sich das bewegliche obere Teil an den starren Ventilsitz des Hauptventils legen kann und dieses absperrt
Aus der DE-AS 1140 419 ist ein hilfsgestehertes

to Schwimmerventil mit einem die Zuführleitung freigebenden oder absperrenden Ventilverschlußstück bekannt, daß eine Steuerkammer begrenzt und einen die oberhalb der Steuerkammer angeordnete Zuführleitung D--it der Steuerkammer verbindenden Drosselkanal aafwtist Dabei ist das Hilfsventilverschlußstück starr mit dem Schwimmer verbunden und koaxial zum Drossel- und Ablaßkanal beweglich angeordnet Durch die Ausgestaltung des Hilfsventils als kegelförmige Ventünadel mit einem dazu passenden kegelförmigen Ventilsitz besteht die Gefahr, daß die einwandfreie Funktion, d. h. ein zuverlässiges Abdichten des Hilfsventil durch Anlagerungen der von der Flüssigkeit mitgeführten Schmutzpartikel an den Ventilsitzen gestört wird, und das gesamte Ventil somit versagen kann. Ein weiterer Nachteil dieser Schwimmerventile ist es, daß sie ungeschützt und somit empfindlich gegen mechanische Beschädigung sind, z. B. beim Einsetzte des Ventils in den Behälter.

Aus der US-PS 29 86 155 sind Kolbenschieber als Hilfsventilverschlußstück bekannt. Es sind dabei jedoch keine Maßnahmen getroffen, um das Hilfsventilverschlußstück einwandfrei zu führen und ein Klemmen des Schwimmers durch Absetzen von Verunreinigungen zu vermeiden.

Aus der FR-OS 20 37 231 ist ein Kolbenschieber mit O-Ring bekannt. Es ist hierbei jedoch nicht möglich, die Füllhöhe im Behälter und die Schließgeschwindigkeit des Ventils zu variieren.

Aus der GB-PS 13 61 467 ist ein in einer Haube geführter Schwimmer bekannt. Dtese Au-f«staltung weist jedoch verhältnismäßig große Teile auf und stellt sich als unhandlich heraus.

Aus der US-PS 7 83 068 ist eine Anordnung unter Verwendung von eingeschlossenen Luftpolstern bekannt. Es wird jedoch keine Ausgestaltung beschrieben.

die auf eine einwandfreie und klemmfreie Führung des Schwimmers abstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein hilfsgesteuertes Schwimmerventil zu schaffen, das zuverlässig auch bei verunreinigten Flüssigkeiten arbeiiet, klein und unempfindlich gegen mechanische Einflüsse und variabel in der Arbeitscharakteristik ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildüngen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem Schwimmerventil gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das Hilfsventil aus einem am Schwimmer befestigten zylindrischen Stift mit abgerundetem oberen Ende und einem in der Ablaßöffnung der Steuerkammer angebrachten, den Stift genau umschließenden. elastischen O-Ring. Dies hat gegenüber den bekannten Hilfsventilen den Vorteil, daß sieh der Stift im O-Ring in geschlossener Position auch noch nach dem Schließen bzw. auch vor dem Öffnen des Hilfsventils in seiner Richtung weiterbewegen kann, wodurch angelagerte Schmutzpartikel abgestreift und ein sicheres Abdichten des Ventils bewirkt wird.

Weiterhin weist das Schwimmerventil gemäß der Erfindung eine düsenartige Ausgestaltung der Steuerkammereinlaßöffnung auf, die bei geöffnetem Hilfsventil einen Flüssigkeitsstrahl genau in den Ventilsitz des Hilfsventils richtet und diesen somit freispült Dies erhöht die Betriebssicherheit des Hilfsventils speziell bei verunreinigten Flüssigkeiten oder Suspensionen beträchtlich.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der kompakten, geführten Anordnung von Hauptventil, Hilfsventil und Schwimmer in einem Gehäuse. Einerseits ist der Schwimmer vor mechanischen Schlag- und Stoßeinwirkungen während des Einsetzens des Ventils in den Behälter oder während des Füllens geschützt, andererseits sind die Abmessungen nur minimal größer, als die eines ungeschützten Schwimmers. Desweiteren ergibt sich durch die enge Führung des Schwimmers im Gehäuse eine stark turbulente Umströmung des Schwimmers beim Einfüllen der Flüssigkeit in den Behälter, so daß der Schwimmer ebenfalls von Schmutzablagerungen freigehalten wird und somit einen konstanten Auftriebswert besitzt

Schließlich wird durch die oberhalb des Schwimmers im Gehäuse eingeschlossene Luft, die über eine vu'stellbare Entlüftungseinrichtung dosiert abgelassen werden kann, eine Steuermöglichkeit der Füll- und Schließcharakteristik des Schwimmerventils bzw. der Füllhöhe im Behälter erreicht, die bei Schwimmerventilen herkömmlicher Bauart nicht möglich war.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

F i g. 1 ist eine vertikale Schnittansicht des Ventilmechanismus gemäß der Erfindung mit in geschlossener Position dargestellten Schwimmerventil.

F i g. 2 ist eine horizontale Schnittansicht von Linie 2-2 in F ig. 1.

F i g. 3 ist eine vergrößerte horizontale Schnittansicht von Linie 3-3 in F i g. 1; und

F i g. 4 ist eine der F i g. 1 vergleichbare Ansicht unter Darstellung des Schwimmerventils in geöffneter Lage.

Die dargestelice Ausführungsform gemäß der Erfindung weist ein zylindrisches Ventilgehäuse 9 mit einer oberen Wand 10, einer unteren Wand 12 und mit einer zylindrischen, um den Umfang verlaufenden Wand 14 auf. Die obere Wand 10 ist mit einer Zuführleitung 15 verbunden, weiche eine Zuleitungsöffnung aufweist Diese bildet einen ringförmigen Ventilsitz 16 welcher mit einem Hauptventilkörper oder Ventilverschlußstück 18 zusammenwirkt Dieser Hauptventilkörper ist mit einem aus elastomerem Material bestehenden Belag 20 bedeckt. Der Hauptventilkörper 18 ist in Fig. 1 in geschlossener Position gegenüber dem Ventilsitz 16 dargestellt, während Fig.4 die geöffnete Position wiedergibt.

Der Hauptventilkörper 18 wird durch eine Membran 22 getragen, welche einen bewegbaren Wandteil aufweist. Die Membran ist in ihrer Fläche etwa 1,5mal größe·- als dem Innenquerschnitt der Zuführleitung 15 entspricht. Die Membran ist eine bewegbare Wand einer Steuerkammer 24, welche in der unteren Wand 12 eine Ablaßöffnung 25 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Membran 22 ringförmig, wobei der äußere Umfang durch eine Hülse oder Buchse 26 befestigt ist. Der innere Umfang bzw. die Innenkante ist zwischen einem oberen Abschnitt 28 und einem unteren Abschnitt 30 des Haup'ventilkörpers 18 eingespannt. Die beiden Abschnitte sind Gewindeabschnitte, wobei der Abschnitt 30 im Abstano befindliche Ausnehmungen aufweist Auf diese Weise können die Abschnitte zum Zwecke der Verklemmung an der Membran zusammengeschraubt werden.

Der Hauptventilkörper 18 ist mit einem rohrförmigen, axial gerichteten Ventilschaft 32 versehen, welcher als Einlaßkanal für die Steuerkammer 24 dient und in einem Hülsenteil 34 eines Führungs-Tragkreuzes 35 verschiebbar ist Der Hülsenteil 34 des Führungs-Tragkreuzes ist mit einer Kappe 36 versehen, welche als Sieb ίο gegenüber Fremdteilchen wirkt Aus diesem Grunde weist die Kappe am Umfang mehrere Schlitze 38 auf, wie die Schnittansicht in Fig.3 erkennen läßt Der Hauptventilkörper 18 ist mit einem axialen Kanal 40 ausgestattet, welcher die Zuführungs- und Einlaßleitung 15 mit der Steuerkammer 24 verbindet Das untere Ende dieses Kanals ist eingeschnürt und bildet eine Strömungs- oder Strahldüse 42, welche konzentrisch bezüglich der Ablaßöffnung 25 der Steuerkammer vorgesehen ist Die die Membran 22 verklemmende Buchse oder Hülse 26 ist mit mehreren Bohrungen 44 versehen, um Saugwirkung als auch Druck- oder '. ompressionswirkung von der Rückseite der Membran a'iszuschiießen.

Die untere Wand 12 des zylindrischen Ventilgehäuses 9 bildet die obere Endwand einer nach unten sich erstreckenden zylindrischen Kappe oder Haube 45, weiche an ihrem unteren Ende offen ist und einen frei bewegbaren zylindrischen Schwimmer 46 aufnimmt. Der Schwimmer 46 wird durch mehrere im Abstand zueinander angeordnete Führungsrippen 48 kj vertikaler Bahn geführt Die Rippen 48 bilden vertikale Kanäle für die Wasserströmung, weiche den Schwimmer passiert. Die Führungsrippen 48 bilden untere Anschlagschultern 50, welches die nach unten gerichtete Bewegung des Schwimmers 46 begrenzen. Die Wasserströmung von der Einlaßleitung 15 passiert die Steuerkammer 24. Zu diesem Zweck ist die untere Wand 12 des Ventilgehäuses 9 mit am Umfang angeordneten Bohrungen 52 versehen. Die Gesamtfläche dieser Bohrungen entspricht dem Innenquerschnitt der Einlaßleitung 15. Die Bohrungen leiten das Einlaßwasser in den Bereich des Schwimmers 46.

EKi Hilfs- oder Steuerventil wird durch den Schwimmer betätigt und steuert die Ablaßöffnung 25, also die öffnungs- und Schließbewegungen des Hauptventilkörpers 18. Das Hilfs- oder Steuerventil ist mit einem kleinen O-Ring 54 in der Ablaßöffnung 25 und mit einem Ventilkörper in Form eines Stiftes 55 versehen. Der O-Ring wird mittels einer Haltebuchse 56 in der Ablaßöffnung 25 gehalten, während der Stift 55 starr auf dem Schwimmer 46 geführt ist. Die Führungsrippen 48 begrenzen die Bewegungen des Schwimmers in einer Bahn, welche axial mit der Ablaßöffnung 25 fluchtet. Der Stift '5 ist auch in axialer Fluchtung oder Ausrichtung mit der Ablaßöffnung. Der Auslaß aus der Ablaßöffnung 25 kann abgeschrägt bzw. abgefast sein, wie bei 58 dargestellt ist

Die Haube 45 ist ir. der in Fig. 1 dargestellten Form ausgebildet, um während jedes Arbeitstaktes ein Luftvolumen im oberen Ende der Haube einzuschließen. Auf diese Weise wird das Verhalten des Schwimmers 46 verändert.

Eine einstellbare Lüftung bzw. Belüftungsöiinung ist vorgesehen, welche schließbar ist, um die Freigabe der eingeschlossenen Luft zu verhindern oder welche leicht geöffnet werden kann, um allmänlich die eingeschlossene Luft abzulassen. Die Lüftungsöffnung kann auch weit geöffnet werden, um den Einschluß von Luft in der Bahn

des Schwimmers zu verhindern. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Lüftungsöffnung in Form einer Rändelschraube 60, welche in eine Gewindebohrung der zylindrischen Wand der Haube 45 eingeschraubt ist. Eine blinde axiale Bohrung 62 ist im vorderen bzw. inneren Ende der Rändelschraube vorgesehen und steht mit einer radialen Bohrung 64 in der Schraube in Verbindung. Die Rändelschraube 60 kann angezogen werden, um das Entweichen von Luft aus dem Inneren der Haube 45 zu verhindern. Sie kann auch teilweise gelockert werden, um eine verzögerte Leckage von Luft aus der Haube zu erreichen. Schließlich kann sie gelokkert werden, um die radiale Bohrung 64 vollständig freizulegen und das Einschließen von Luft zu vermeiden.

Falls die Rändelschraube 60 zum Zwecke freien Luftstromes in die Haube und aus der Haube 45 gelockert wird, zeigt der Schwimmer 46 die gleiche Verhaltensweise; A. h. der Schwimmer öffnet das Hilfs- oder Steuerventil, wenn der Wasserpegel außerhalb der Haube auf einen vorbestimmten Wert absinkt, und schließt das Hilfsventil, wenn der äußere Wasserpegel dasselbe bestimmte Niveau erreicht. Wenn keine Luft in der Haube eingeschlossen ist, entspricht der Wasserpegel in der Haube immer dem Wasserpegel außerhalb der Haube.

Wenn die Rändelschraube angezogen wird, um die Freigabe eingeschlossener Luft zu verhindern, dann bleibt der Anstieg des Wasserniveaus innerhalb der Haube hinter dem Anstieg des Wasserniveaus außerhalb der Haube zurück, da das Wasser und der Schwimmer innerhalb der Haube die eingeschlossene Luft ausreichend komprimieren müssen, um den Schwimmer hoch genug ansteigen zu lassen, so daß er die Ablaßöffnung 25 schließt. Folglich öffnet und schließt das Hilfsventil mit einem beträchtlich höheren Pegel äußeren Wassers, als dies ohne Einschluß von Luft innerhalb der Haube der Fall wäre.

Die Rändelschraube 60 ist einstellbar, um die Leckage von Luft aus der Haube so einzuschnüren bzw. zu bestimmen, daß ein beträchtlicher Teil von Luft innerhalb der Haube eingeschlossen ist, wenn das Steuerventil schließt. Nach Schließen des Steuerventils ist eine beträchtliche Zeitspanne erforderlich, um den Luftdruck innerhalb der Haube mit der Atmosphäre gleich werden zu lassen. Bei einer derart verzögerten Leckage von Luft muß das Wasser außerhalb der Haube über den Wasserpegel innerhalb der Haube ansteigen, um die eingeschlossene Luft ausreichend zu komprimieren bzw. zu verdichten, daß sich das Steuerventil entgegen dem Druck der eingeschlossenen Luft schließen läßt Nachdem das Steuerventil schließt, wird jedoch die eingeschlossene Luft allmähiich freigegeben, mit der Folge, daß der Schwimmer über den Punkt ansteigt, an welchem das Steuerventil schließt Zunächst steigt der Schwimmer entgegen der eingeschlossenen Luft ausreichend an. um die Ablaßöffnung 25 zu schließen und um so den Hauptventilkörper 18 in geschlossene Position zu bewegen. Wenn jedoch nachfolgend der Druck der eingeschlossenen Luft allmählich reduziert wird, fährt der Schwimmer fort, anzusteigen, so daß der Stift 55 sich weiter in das Innere der Steuerkammer 24 bewegt, Wenn später der Wasserverbrauch zur Folge hat, daß das Niveau des Wassers außerhalb der Haube 45 absinkt, dann sinkt entsprechend der Schwimmer ab und zieht den Stift 55 um ein beträchtliches Maß zurück, ohne Wasser aus der Steuerkammer freizugeben.

Die verzögerte Freigabe der eingeschlossenen Luft hat zwei Folgen. Als erstes besteht eine Wisch- bzw. Streichwirkung zwischen dem O-Ring 54 und dem Stift 55 und außerdem muß das Wasser außerhalb der Haube oder Abdeckung auf ein verhältnismäßig hohes Niveau ansteigen, um das Hauptventil zu schließen. Nachfolgend muß es auf ein beträchtlich niedrigeres Niveau absinken, um das Hauptventil wieder zu öffnen. Da das Hauptventii auf einem verhältnismäßig hohen Wasserpegel schließt und auf einem verhältnismäßig niederem Wasserpegel öffnet, wird eine größere Menge von Wasser während jedes Schwimmerarbeitszyklus aus der Einlaßleitung 15 freigegeben. Infolgedessen wird die Frequenz der Schwimmerbewegungen bei einem bestimmten Wasserbedarf reduziert. Durch die Reduzierung der Frequenz der Schwimmerarbeitsbewegungen erhöht sich die Lebenserwartung des Schwimmerventilmechanismus.

Der eingeschnürte Luftkanal im Haubenaufbau bewirkt eine verzögerte Abwärtsbewegung des Schwimmers, indem ein Teilvakuum erzeugt wird. Dies hat zur Folge, daß der Schwimmer hinter dem Absinken von Wasser außerhalb der Haube zurückbleibt.

Es ist festzustellen, daß tatsächlich nur zwei bewegbare Teile bestehen, nämlich der Schwimmer 46 mit daran befestigtem Stift 55 und die Membran 22 mit daran befestigten Hauptventilkörper 18.

Drei Vorkehrungen wirken zusammen, um die Gefahr der Verstopfung der Ablaßöffnung 25 auf ein Minimum zu reduzieren. Zunächst wird das in die Steuerkammer eintretende Wasser gesiebt, um Festkörperteilchen daran zu hindern, das Ablaßventil bzw. die Ablaßöffnung zu erreichen. Außerdem erzeugt die Strömungsdüse 42 einen Strahl, welcher sehr wirksam ist. um die Ablaßöffnung 25 auszuspülen und um den Stift 55 nicht nur dann zu umspülen, wenn sich der Stift durch den O-Ring 54 erstreckt, sondern auch dann, wenn der Stift aus dem O-Ring zurückgezogen ist. Die dritte Maßnahme besteht in der Wisch- oder Abstreifwirkung zwischen dem Stift 55 und dem C-Ring 34. Die Wischwirkung erfolgt bei Fehlen eingeschlossener Luft, sie wird jedoch, wie vorstehend erwähnt, verstärkt, wenn die eingeschlossene Luft in verzögerter Weise aus der Haube entweicht.

Der Strahl- oder Düsenstrom trägt auch dazu bei, die Steuerkammer 24 von Wasser zu entleeren, wenn die Ablaßöffnung 25 geöffnet ist. Die Ablaßöffnung ist von größerem Querschnitt als der Düsenstrom und hilft infolgedessen, das Hauptventil in eine weit geöffnete Position zu ziehen, wodurch das eingeschlossene Wasser mit abgesogen wird.

Das Innere der Haube 45 und die Oberflächen der Führungsrippen 48 werden durch die Wasserstrorr·; gespült, welche von den Bohrungen 52 am oberen Ende der Haube austreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hilfsgesteuertes Schwimmerventil mit einem die Zuführleistung freigebenden oder absperrenden Ventilverschlußstück, das eine Steuerkammer begrenzt und einen die oberhalb der Steuerkammer angeordnete Zuführleitung mit der Steuerkammer verbindenden Drosselkanal aufweist, mit einem zum Drosselkanal koaxialen Ablaßkanal der Steuerkammer und mit einem den Ablaßkanal absperrenden oder freigebenden Hilfsventilverschlußstück, das starr mit dem Schwimmer verbunden und mit diesem koaxial zu Drossel- und Ablaßkanal beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil aus einem in dem Ablaßkanal (25) der Steuerkammer (24) angebrachten O-Ring (54) und einem das Hilfsventilverschlußstück bildenden Stift (55) besteht, der entweder in den O-Ring (S4) eintaucht oder aus diesem austritt, daß der Schwimmer (46) unter Bildung eines Zwischenraumes von einer Haube (45) umschlossen und geführt ist und daß das zu steuernde Medium aus der Zuführleitung (15) in die Haube (45) zum Spülen des Zwischenraums geleitet wird.

2. Hilfsgesteuertes Schwimmerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (45) zur Führung des Schwimmers (46) in an sich bekannter Weise im Abstand zueinander angeordnete Führungsrippen (48) aufweist

3. Hilfsgestc-'iertes Schwimmerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (45) so aufgebaut und angeordnet ist, daß sie ein dem Ansteigen des Schwimmers entgegenwirkendes Luftvolumen einschließt, udd daß die Haube mit einem einstellbaren Lüftungsorgan zum dosierten Ablassen der eingeschlossenen Luft versehen ist.

4. Hilfsgesteuertes Schwimmerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal als Strömungsdüse (42) ausgebildet ist, die in den Ablaßkanal (25) einen Strahl leitet, dessen Durchmesser kleiner ist als der des Ablaßkanals (25).