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Vorrichtung zur Regelung des Druckes
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am Ende einer Abfülleitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Regelung des Druckes am Ende einer Abfülleitung, die über ein Regelventil an
den Ausgang einer Förderpumpe angeschlossen ist, mit einem dem Regelventil nachgeschalteten
Wirkdruckgeber. in der Abfülleitung, einem Regler, der einen Druck in der Abfülleitung
mit einem vorgegebenen Solldruck vergleicht und in Abhängigkeit von der Regelabweichung
ein Stellsignal auf das Regelventil gibt.
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Zum Beispiel im Fall der Fluzeugbetankung ist vorgeschrieben, daß
der Druck am Ende der Abfülleitung einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten soll.
In diesem Zusammenhang ist bekannt, im Fiillkopf eine Druckmessung vorzunehmen und
ein im Füllkopf
eigebautes Regelventil entsprechend zu steuern.
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Es ist auch bekanntgeworden, den.Strömungswiderstand einer Abfülleitung
durch eine vorgeschaltete Venturidüse "abzubilden". Die Venturidüse wird in ihren
Abmessungen so gewählt, daß der Wirkdruck abzüglich dem Druckverlust der Düse dem
Druckabfall in der nachfolgenden Abfülleitung entspricht. Da sich der Druckabfall
in der Abfülleitung und in der Venturidüse annahternd gleich verhält, gilt dies
unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit. Bei der bekannten Vorrichtung wird
der Druck im Engquerschnitt der Venturidüse mit einem Solldruck verglichen und die
Regelabweichung zur Verstellung des Regelventils verwendet. Auf diese Weise ist
es möglich, durch Reglung des Druckes im Engquerschnitt den Druck am Ende der Abfülleitung
zu regeln.
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Andert sich indessen der Strömungswiderstand der Abfülleitung, um
Beispiel durch Einsatz einer längeren oder kürzeren Leitung oder einer Leitung mit
anderem Querschnitt, erfordert dies den Einsatz einer entsprechend angepaßten Venturidüse.
Es ist auch bekarnt die Wände einer Venturidüse beweglich zu machen, um eine derartige
Anpassung vorzunehmen. Diese kann naturgemäß nur innerhalb enger Grenzen erfolgen.
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Der Einsatz einer Venturidüse führt naturgemäß zu Strömungsverlusten,
da die Druckrückgewinnung im Diffusor nicht in Höhe des Eingangsdruckes erfolgt.
Die Verluste sind daher um so höher, je größer der Wirkdruck ist. Eine Auslegung
der Venturidüse auf minimale Verluste ist jedoch ausgeschlossen, da der Wirkdruck
abzüglich dem Druckverlust der Düse dem jeweiligen Druckabfall in der Abfülleitung
entsprechen soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung
des Druckes am Ende einer Abfülleitung zu schaffen, die eine einfache Anpassung
der Druckregelung an geänderte Strömungsbedingungen in der Abfülleitung ermöglicht,
insbesondere bei Ersatz durch eine andere Abfülleitung mit anderem Strömungswiderstand.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß der .Druck
der Abfülleitung an einem Ort strömungsabwärts von dem Regelventil mit dem Solldruck
verglichen wird, daß bei gegebenem Durchflußwiderstand der Solldruck im Regler automatisch
in Abhängigkeit vom Wirkdruck des Wirkdruckgebers geändert wird und bei geändertem
Durchflußwiderstand der Abfülleiung der Solldruck in Abhängigkeit von diesem veränderbar
ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nicht wie im Stand der
Technik auf konstanten Druck im Engquerschnitt geregelt, vielmehr wird der Druck
in der Abfülleitung strömungsabwärts von dem Rogelventil mit einem Solldruck verglichen.
Dieser wird
nach Maßgabe der Änderung des Wirkdruckes (also bei
Strömungsgescharindigkeitsänderung) modifiziert, wodurch ebenfalls eine Anpassung
an unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten erhalten wird. Durch die Art der
Druckregelung ist es nun möglich, den Solldruck auch in Abhängigkeit vom jeweiligen
Strömungswiderstand der verwendeten Abfülleitung einzustellen. .Das Auswechseln
der Venturidüse bzw. eine Verstellung der Wände der Venturidüse entfällt mithin.
Es kann ein verhältnismäßig erlustarmer Wirkdruckgeber gewählt werden, so daß die
Strömungsverluste des Wirkdruckgebers im Fall größerer Strömungswiderstünde in der
Abfülleitung vermieden werden.
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Zur Beeinflussung des Solldruckes in Abhängigkeit von der Änderung
des Wirkdruckes bieten sich verschiedene technische Lösungen an. Eine besteht erfindungsgemäß
darin, daß der Eingangsdruck des Wirkdruckgebers auf eine Seite und der Druck im
Engquerschnitt auf die entgegengesetzte Seite eines Kolbens gegeben wird, dessen
Differenzdruck den Solldruck modifiziert und in einer der zu den Wirkflächen des
Kolbens führenden Leitung eine verstellbare Drossel angeordnet ist. Sind die W.xrl£låchen
des Kolbens zum Beispiel gleich groß, führt der Differenzdruck zwischen Eingangs-
und Engquerschnittdruck des Wird druckgeber5 zu einem Differenzdruck am Kolben,
der den Kolben in eine Richtung zudrücken sucht. Dieser Differenzdruck kann dem
vorgegebenen Solldruck überlagert werden, um den resultierenden Solldruck in Abhängigkeit
von der Ströinungsgeschwlndigz keit in dem Wirkdruckgeber zu ändern. Eine weitere
Änderung des
Solldruckes erfolgt durch die Verwendung der verstellbaren
Drossel. Wieder Drosselquerschnitt verändert, ändert sich auch das Verhältnis der
Drücke an den gegenüberliegenden Wirkflächen des Kolbens. Mit Hilfe der Drossel
läßt sich daher eine Anpassung an geänderte Strömungswiderstände in der Abfülleitung
vornehmen.
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Für die Anordnung der Drossel gibt es verschiedene Möglichketten.
Eine besteht erfindungsgemäß darin, daß die verstellbare Drossel in einer Verbindungsleitung
zwischen den Wirkflächen des Kolbens angeordnet ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Wirkflächen des Kolbens so bemessen sind, daß sie den Wirkdruck des Wirkdruckgebers
verstärken. Auf diese Weise ist es möglich,einen Wirkdruckgeber mit sehr kleinem
Druckabfall im Engquerschnitt zu wählen, wodurch die Strömungsverluste des Wirkdruckgebers
sehr klein gehalten werden können.Durch entsprechende Bemessung der Wirkflächen
des Kolbens läßt sich der jeweilige Wirkdruck in angemessener Weise verstärken,
damit er zur Abbildung des Strömungswiderstandes in der Abfülleitung heran gezogen
werden kann.
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Für den Aufbau des beschriebenen Reglers gibt es wiederum verschiedene
tcchnische Möglichkeiten, von denen eine erfinelungsgemaß darin besteht, daß der
Kolben Teil eines Steuerschiebers
ist, von dem eine Wirkfläche
mit dem Druck in der Abfülleitung strömungsabwärts von dem Regelventil beaufschlagt
ist und von dem eine entgegengesetzt gerichtete Wirkfläche mit einem vorgegebenen
Solldruck beaufschlagt wird und das Regelventil in Abhängigkeit von der Stellung
des Steuerschiebers verstellt wirde Der vorgegebene einstellbare Solldruck kann
beispielsweise mit Hilfe einer Feder aufgebracht werden, deren Spannung durch eine
Stellschraube oder dergleichen veränderbar ist Der Differenzdruck am Kolben dient
in der oben beschriebenen Weise zur Modifizierung des vorgegebenen Solldrucks.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,daB mit
dem Eingang und dem Engquerschnitt dès Wirkdruckgebers verbundene Leitungen über
die verstellbare Drossel miteinander verbunden sind und die Wirkflächen des Kolbens
jeweils beidseitig der Drossel mit der Leitung über Abzweigungen verbunden sinde
Der Aufwand an Leitungen wird bei dieser Ausgestaltung klein gehalten.
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Um eine wirksame Regelung durchzuführen, auch für Grenzfälle, sieht
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß eine feste Drossel in einer zur
verstellbaren Drossel führenden Leitung vor oder nach der Abzweigung zur Wirkflache
des Kolbens angeordnet ist. Die feste Drossel verhindert zum Beispiel, daß trotz
eines Wirkdruckes bei geöffneter verstellbarer Drossel ein Kurzschluß stattfindet
in der Weise, daß an den Wirkflächen des Kolbens gleicher Druck herrscht.
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IIiufig bestehen Abfülleitungen aus zwei oder mehr einzelnen verzweigten
Leitungen. Für diesen Fall sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß
bei zwei Abfülleitungen ein einziger Wirkdruckgeber den Abfülleitungen vorgeschaltet
ist, die Abzweigungen zu den Wirkflächen des Kolbens mit zwei Parallelleitungen
verbunden sind, die einstellbare Drosseln enthalten und zwischen denen ein Absperrventil
angeordnet ist, wobei eine Drossel dem Durchflußwiderstand einer Abfülleitung und
die Parallelschaltung von zwei Parallelleitungen dem Durchflußwiderstand der anderen
Abflußleitung entspricht. Es versteht sich, daß die Anordnung der Drosseln auch
an einer anderen Stelle erfolgen kann, ohne daß vom beschriebenen Prinzip abgewichen
wird. Auch ist diese Ausführungsform nicht auf zwei Abfülleitungen beschränlct,
sondern kann auf beliebig viele erweitert werden. In jedem Fall wird nur ein einziger
W s druckgeber benötigt. Nur die Zahl der zu-und abschaltbaren verstellbaren Drosseln
ändert sich entsprechend. Im Fall jeweils eines Absperrventils in den Abfülleitungen
sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß ein Absperrventil einer
Abfülleitung mit dem Absperrventil zwischen den Parallelleitungen gekoppelt ist.
Da immer nur eine der beiden Abfülleitungen eingesetzt wird, führt die Kopplung
in der beschriebenen Weise dazu, daß die jeweils erforderliche Anpassung an die
Abfülleitung stattfindet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen naher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematischweine erste Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung.
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Fig0 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung.
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Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten näher
eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der beschriebenen Merkmale für sich
oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeutung
ist.
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Eine Förderpumpe 10 ist über einen ersten Leitungsabschnitt 11 mit
einem Regelventil 12 verbunden, dessen Ausgang mit einem zweiten Leitungsabschnitt
13 verbunden ist. An diesen schließt sich eine Venturidüse 14 an, an deren Ausgang
ein dritter Leitungsabschnitt 15 angeordnet ist, der über ein Absperrventil 16 mit
einem Abfüllschlauch 17 verbunden ist, an dessen freien Ende ein Abfüllkopf 18 bzw.
ein entsprechendes Kupplungsteil angeordnet ist. In der Bohrung eines Steuerblocks
19 ist ein Steuerschieber 20 gleitend beweglich angeordnet. Eine linke Wirkfläche
21 des Steuerschiebers 20 ist über eine Leitung 22 mit dem Leitungsabschnitt 15
verbunden. Eine entgegengesetzt gerichtete Wirkungsfläche 23 ist durch den Druck
einer Feder 24 beaufschlagt, gegen die ein abgedichteter Kolben 25 anliegt, dessen
andere Seite an dem Schaft einer Einstellschraube 26 anliegt. Eine erste Ringnut
27 der den Steuerschieber 20 aufnehmenden Bohrung ist über eine Leitung 28 mit dem
Engquerw
schnitt der Venturidüse 14 verbunden. An die Nut 27 ist
ferner eine Leitung 29 angeschlossen, die über eine verstellbare Drossel 30 und
eine feste Drossel 31 zum Eingangsabschnitt der Venturidüse 14 fiihrt. Zwischen
fester Drossel 31 und verstellbarer Drossel 30 führt eine erste Abzweigleitung 32
zu einem größeren Bohrungsabschnitt 33, in dem ein Kolbenabschnitt 34 des Steuerschiebers
20 angeordnet ist. Auf der der festen Drossel 31 entgegengesetzten Seite der verstellbaren
Drossel 30 führt eine zweite Abzweigleitung 35 ebenfalls zum Bohrungsabschnitt 33
jedoch auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 34 wie ersichtlich.
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Ein Ventilkolben 36 des Regelventils 12 bildet einen Druckraum 37,
in dem eine Feder 44 angeordnet ist, um den Ventilkolben 36 gegen eine Sitzfläche
38 anzudrücken. Der Druckraum 37 steht außerdem über eine Verbindungsleitung 39
mit einer weiteren Ringnut 39 der den Steuerschieber 20 aufnehmenden Bohrung in
Verbindung. Eine dritte Ringnut 40 der Bohrung steht über eine Leitung 4t mit dem
Leitungsabschnitt 11 vor dem Regelventil 12 in Verbindung. Mit den Nuten 27 und
40 wirken Steuerabschnitte 42, 43 des Steuerschiebers 20 zusammen.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die zu fördernde
Flüssigkeit wird von der Pumpe 10 über das Regelventil 12, die Venturidüse 14 und
den Schlauch gefördert. Da der Druck im Engquerschnitt stets kleiner als der Förderdruck
der Pumpe
ist bzvO dem Eingangsdruck in der Venturidüse ist der
Druck im Druckraum 37 kleiner als der Eingangsdruck im Regelventil 129 und der Kolben
36 öffnet sich gegen die Feder um ein gegebenes Ausmaß. Steigt der Druck im Leitungsabschnitt
15 anS erhöht sich auch der Druck auf die Wirkfläche 21, wodurch der Steuerschieber
20 nach rechts gegen die Feder 24 verschoben wird. Dadurch gibt der Steuerabschnitt
43 des Steuerschiebers 20 die Ringnut 40 frei, wodurch sich der Druck in der Leitung
39 und damit im Druckraum 37 erhöht und der Ventilkolben 36 sich dem Ventilsitz
38 nähert. Damit verbunden ist eine Reduzierung des Drucks im Leitungsabschnitt
15 und damit auch am Füllkopf 18 des Schlauches 17.
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T'rend im bekannten Fall der Druckabfall der Venturidüse im Engquerschnitt
dem Druckabfall in der nachgeordneten Abfüllleitung entsprechen soll, weist die
Venturidüse 14 Abmessungen a welche einen weitaus geringeren Druckabfall bei gegebener
Strömungsgeschwindigkeit zur Folge haben. Aufgrund der Beaufschlagung des Eingangsdrucks
und des Engquerschnittsdrucks auf entgegengesetzten Wirkflächen eines relativ großfl'richigen
kolbens ist es möglich, den Wirkdruck auf den Wert zu transformieren9 der dem Strömungswiderstand
des Schlauches 17 entspricht. Eine entsprechende Feinanpassung wird durch die verstellbare
Drossel erzielt, mit welcher das Verhältnis der Drücke am Kolben 34 verändert werden
kann. Mit Hilfe der Drossel åßt sich jedoch, wie ohne weiteres ersichtlich, auch
eine
Anpassung der gezeigten Vorrichtung an einen geänderten Strömungswiderstand
vornehmen, der etwa durch den Einsatz eines anderen Abfüllschlauches zum Tragen
kommt. Wie ferner ersichtlich, wird der durch die Federspannung vorgegebene Solldruck
in Abhängigkeit des Wirkdruckes der Venturidüse 14 modifiziert, wodurch eine Anpassung
an unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten erfolgt.
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Bei der Ausffihrungsform nach Fig. 2 stimmen viele Teile mit der Darstellung
nach Fig. 1 überein, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Bei der Darstellung nach Fig. 2 hat der Leitungsabschnitt 50 hinter
der Venturidüse 14 Abzweigungen 51, 52, welche über Absperrventile 16 und 53 mit
Abfüllschläuchen 17 bzw. 54 verbunden sind. Die Absperrventile 16, 53 werden durch
Betätigungsvorriclltungen 55, 56 in bekannter Weise betätigt.
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Man erkennt in Fig. 2 ferner, daß parallel zu der Leitung zwischen
den Abzweigungen 35 und 32 eine weitere Leitung 57 parallel geschaltet ist, in der
eine verstellbare Drossel 5 und ein Absperrventil 59 angeordnet sind. Das Absperrventil
59 wird durch eine Betätigungsvorrichtung 6o betätigt.
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Je nach Stellung des Absperrventils 59 ist die Leitung 57 wirksam
parallel geschaltet oder unwirksam. Im letzteren FLtll liegen die gleichen Verhältnisse
wie bei der Vorrichtung
nach Fig. 1 vor, d.h. mit Hilfe der Drossel
30 wird der Schlauch 17 im Hinblick auf den Strömungswiderstand angepaßt.
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Bei geöffnetem Absperrventil 59 wirken die Drosseln 30 und 58 zusammen,
wobei der resultierende Strömungswiderstand für eine Anpassung an den Strömungswiderstand
des kürzeren Abfüllschlauches 54 herangezogen wird. .Die Wirkungsweise der Vorrichtung
nach Fig. 2 ist im übrigen die gleiche wie die nach Fig. 1.
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Da die Abfüllschläuche 17, 54 nur wahlweise betrieben werden, ist
etwa die Betätigungsvorrichtung 56 mit der Betätigungsvorrichtung 60 des Absperrventils
59 verbunden, so daß durch diese.Kopplung sichergestellt ist, daß jeweils die zutreffende
verstellbare Drossel im Betrieb ist.