EP2047170B1 - Schaltventil mit schieber - Google Patents

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EP2047170B1
EP2047170B1 EP20070786368 EP07786368A EP2047170B1 EP 2047170 B1 EP2047170 B1 EP 2047170B1 EP 20070786368 EP20070786368 EP 20070786368 EP 07786368 A EP07786368 A EP 07786368A EP 2047170 B1 EP2047170 B1 EP 2047170B1
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switching valve
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housing
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    • Y10T137/86292—System with plural openings, one a gas vent or access opening

Definitions

  • the invention relates to a switching valve for the transmission of fluids, in particular for filling gas tanks.
  • a switching valve in the design of a quick-connect coupling, wherein a housing having a fluid inlet and a fluid outlet and a plurality of valves are provided to ensure a secure seal.
  • These valves are switched after applying the quick-connect coupling by turning a control lever in a certain predetermined order, first the exhaust valve is opened, then with further movement of the control lever, the collets are closed and finally the inlet valve is opened.
  • the control lever is in this case via an eccentric shaft with the sliding sleeve for the application of the collets and with a sealing piston in engagement, which also releases the fluid inlet after the connection of the plug-in coupling.
  • a vent valve is provided which allows the pressure equalization before removing the plug-in coupling, so that there is no risk of recoil even at high pressures.
  • the outlet valve acts like a check valve.
  • Another switching valve is off GB-A-1 521 639 known, which is to be regarded as the closest prior art.
  • the invention has for its object to provide a switching valve of the type mentioned, which enables easy handling with a compact design and prevents contamination or fluid reflux by targeted venting.
  • the proposed switching valve with slide is particularly suitable for use in the filling of industrial gas tanks, resulting in a simple and compact design, since the switching valve with attached control valve for pressure-controlled actuation of a pivot lever is designed concise concise and stable and thus integrated to save space in filling can be.
  • the pivot lever provided in this case is preferably designed with a translation, i. with different lever lengths, so that a powerful operation of the valve actuation valve is achieved.
  • the piston of the control valve is preferably connected via a bolt with the pivot lever, which is mounted in particular on a pivot axis in an intermediate housing. This results in a sensitive control, in particular when the piston surface cross sections of the piston are formed on the inlet / outlet side the same.
  • this construction achieves a simple connection to the valve housing, as well as a compact connection with a bypass line for controlling the pressure-controlled control valve.
  • a switching valve 10 In Fig. 1 and 2 an embodiment of a switching valve 10 is shown.
  • the switching valve 10 has a tubular housing 11 with a plurality of housing parts 11a, 11b and 11c screwed together, the right housing part 11c acting as inlet area 12 and the left area as outlet area 13 for the forwarding of the fluid to be transferred.
  • the inlet region 12 has an adapter 14, to which a fluid line 12 'for supplying the fluid to be transferred is connected.
  • the connection adapter 14 can be configured correspondingly in adaptation to the fluid volume to be transferred, in particular to the respective desired passage cross-sections.
  • a corresponding adapter 14 'for the discharge line 13' In the outlet region 13, a corresponding adapter 14 'for the discharge line 13' is provided.
  • a bypass line 15 is interposed, which thus acts on a mounted on the housing 11 control valve 20 with the inlet pressure and the outlet pressure, as explained below.
  • a check valve 25 is arranged, which in the in Fig. 2 illustrated closed position under spring pressure against a valve seat 26 seals to prevent backflow from the outlet 13.
  • a slide valve 27 which can be moved axially along the central axis and move a movement here to the right a sealing washer 24 of a vent valve 35.
  • the vent valve 35 and the slide switch 27 are in this case actuated by pivoting a pivot lever 50, since this is coupled to the slide switch 27, here for example by positive engagement via an annular groove 29th
  • an inlet valve 45 with an associated valve seat is furthermore arranged toward the inlet region 12.
  • the inlet valve 45 is also axially displaceable by the pivot lever 50 and by the coupling with the slide valve 27, since the slide valve 27 on the rightward movement of the sealing disc 24 of the vent valve 35 in the manner of a sequence control and a valve spool 47 of the inlet valve 45 from the Shown here closing position shifts into the open position, so that the inflowing from the inlet portion 12 fluid through the hollow valve spool 47 and a passage in the sealing washer 24 and the tubular slide valve 27 can flow to the outlet 13, since in this case also the check valve 25 by the filling pressure ( from the refueling system or other pressure source / Beglallpumpe) is pressed into the open position.
  • control valve 20 is mounted on the housing 11 (with inlet valve 45, venting valve 35 and check valve 25 inserted therein) via an intermediate housing 19.
  • a piston 21 (circumferentially sealed) is used, which is acted upon by a spring 22 and thus pressed into the right position shown here.
  • the two end faces, which are exposed to the respective pressure in the bypass line 15, are preferably dimensioned equal, so that the piston 21 can move sensitively with the slightest pressure differences between right (inlet) and left (outlet) side.
  • the threshold pressure is determined by the spring 22.
  • the piston 21 is also coupled by a bolt 53 with the pivot lever 50 so that the control valve 20 pressure-controlled via the slide 27, the valves 35 and 45 can operate.
  • the sealing disc 24 and the slide valve 27 and valve slide 47 separate slightly in the axial direction, so that the pressure can degrade to a pressure compensation chamber 44, which is formed as a paragraph-like annular space in a gradation on the housing part 11c around the sealing washer 24 around.
  • the lever lengths are different on both sides of the pivot axis 52, eg here in the ratio 3: 1, so that a power transmission is achieved.
  • a powerful actuation of the slide 27 and the valves coupled thereto can be achieved, even with a relatively small construction of the control valve 20 (or diameter of the piston 21).
  • This translation can be relatively easily changed eg by replacing the intermediate housing 19 and the pivot axis 52 mounted therein or extension of the pivot lever 50, for example in adaptation to the respective filling pressures.
  • the switching valve 10 with attached control valve 20 can be used variably, especially the conversion, if necessary, by means of screws 60 (see. Fig. 1 ) can be carried out quickly.
  • the bypass line 15 can also be connected to the adapters 14, 14 'or directly to the respective inlet / outlet region 12, 13, of the housing 11, in order to improve the compactness of the pressure-controlled valve.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltventil für die Übertragung von Fluiden, insbesondere zum Befüllen von Gastanks.
  • Bei Übertragungssystemen mit derartigen Schaltventilen soll eine sichere Übertragung eines Fluids von einer Druckquelle, beispielsweise von einer Betankungsanlage aus zu einem Gastank erreicht werden. Besonders wichtig ist hierbei die einfache Bedienbarkeit und Sicherheit gegen Kontaminationen. So wird in der US 6,769,450 ein Ventilsystem beschrieben, bei dem eine mögliche Kontamination durch rückfließendes Gas mit einem Rückschlagventil unterbunden wird, wobei Restmengen in dem Ventilsystem durch ein Entlüftungsventil gesteuert abgeführt werden.
  • Weiterhin ist in der WO 98/05898 der Anmelder ein Schaltventil in der Ausführung einer Schnellanschlusskupplung beschrieben, wobei ein Gehäuse mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass sowie mehrere Ventile vorgesehen sind, um eine sichere Abdichtung zu gewährleisten. Diese Ventile werden dabei nach Ansetzen der Schnellanschlusskupplung durch Drehen eines Steuerungshebels in einer bestimmten vorgegebenen Reihenfolge geschaltet, wobei zuerst das Auslassventil geöffnet wird, dann bei weiterer Bewegung des Steuerungshebels die Spannzangen geschlossen werden und schließlich das Einlassventil geöffnet wird. Der Steuerungshebel ist hierbei über eine Exzenterwelle mit der Schiebehülse für die Beaufschlagung der Spannzangen und mit einem Dichtkolben in Eingriff, der auch den Fluideinlass nach erfolgtem Anschluss der Steckkupplung freigibt. Zudem ist ein Entlüftungsventil vorgesehen, das den Druckausgleich vor Abnehmen der Steckkupplung ermöglicht, so dass selbst bei hohen Drücken keine Rückstoßgefahr besteht. Beim Schließen der Ventile wirkt das Auslassventil dabei in Art eines Rückschlagventils. Obwohl hierdurch eine sichere Anschlussmöglichkeit geschaffen wird, weist diese Anschlusskupplung noch einen relativ hohen Bauaufwand auf, insbesondere auch durch die manuelle Betätigung über die Exzenterwelle.
  • Ein weiteres Schaltventil ist aus GB-A-1 521 639 bekannt, welches als nächstliegender Stand der Technik anzusehen ist.
  • Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schaltventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei kompaktem Aufbau eine einfache Handhabung ermöglicht und eine Kontamination bzw. einen Fluid-Rückfluss durch gezielte Entlüftung unterbindet.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltventil gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das vorgeschlagene Schaltventil mit Schieber eignet sich insbesondere für den Einsatz bei der Befüllung von Industrie-Gastanks, wobei sich eine einfache und kompakte Bauweise ergibt, da das Schaltventil mit aufgesetztem Steuerventil zur druckgesteuerten Betätigung eines Schwenkhebels kleinbauend und stabil ausgebildet ist und somit platzsparend in Befüllanlagen integriert werden kann.
  • Der hierbei vorgesehene Schwenkhebel ist bevorzugt mit einer Übersetzung ausgelegt, d.h. mit unterschiedlichen Hebellängen, so dass eine kraftvolle Betätigung des Schiebers zur Ventilbetätigung erzielt wird. Der Kolben des Steuerventils ist dabei bevorzugt über einem Bolzen mit dem Schwenkhebel verbunden, der insbesondere an einer Schwenkachse in einem Zwischengehäuse gelagert ist. Hierdurch ergibt sich eine feinfühlige Steuerung, insbesondere wenn die Kolbenflächenquerschnitte des Kolbens ein-/auslassseitig gleich ausgebildet sind. Zudem wird durch diese Bauweise eine einfache Anbindung an das Ventilgehäuse erreicht, ebenso eine kompakte Verbindung mit einer Bypassleitung zur Ansteuerung des druckgesteuerten Steuerventils.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Hierin zeigen:
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf ein Schaltventil; und
    Fig. 2
    eine Seitenansicht des Schaltventils mit einem integrierten Einlass- und Entlüftungsventil und aufgesetztem Steuerventil in Längs-Halbschnittdarstellung.
  • In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schaltventils 10 gezeigt. Das Schaltventil 10 weist ein rohrförmiges Gehäuse 11 mit mehreren, miteinander verschraubten Gehäuseteilen 11a, 11b und 11c auf, wobei das hier rechte Gehäuseteil 11c als Einlassbereich 12 dient und der linke Bereich als Auslassbereich 13 für die Weiterleitung des zu übertragenden Fluids. Der Einlassbereich 12 weist einen Adapter 14 auf, an den eine Fluidleitung 12' zur Zuführung des zu übertragenden Fluids angeschlossen ist. Der Anschlussadapter 14 kann hierbei in Anpassung an das zu übertragende Fluidvolumen, insbesondere an die jeweils gewünschten Durchlassquerschnitte usw. entsprechend gestaltet sein. Im Auslassbereich 13 ist ein entsprechender Adapter 14' für die abführende Leitung 13' vorgesehen. Zwischen den beiden Leitungen 12' und 13' ist eine Bypassleitung 15 zwischengeschaltet, die somit ein auf das Gehäuse 11 aufgesetztes Steuerventil 20 mit dem Einlassdruck und dem Ausgangsdruck beaufschlagt, wie nachfolgend erläutert.
  • Im Gehäuseteil 11a ist ein Rückschlagventil 25 angeordnet, das in der in Fig. 2 dargestellten Schließstellung unter Federdruck gegen einen Ventilsitz 26 abdichtet, um einen Rückfluss aus dem Auslassbereich 13 zu unterbinden. An das Rückschlagventil 25 schließt sich hier nach rechts im mittleren Gehäuseteil 11b ein Schaltschieber 27 an, der axial entlang der Mittelachse verschoben werden kann und bei einer Bewegung hier nach rechts eine Dichtscheibe 24 eines Entlüftungsventils 35 verschieben kann. Das Entlüftungsventil 35 und der Schaltschieber 27 werden hierbei durch Verschwenken eines Schwenkhebels 50 betätigt, da dieser mit dem Schaltschieber 27 gekoppelt ist, hier z.B. durch formschlüssigen Eingriff über eine Ringnut 29.
  • Im hier rechten Gehäuseteil 11c ist zum Einlassbereich 12 hin weiterhin ein Einlassventil 45 mit einem zugeordneten Ventilsitz angeordnet. Das Einlassventil 45 ist ebenfalls durch den Schwenkhebel 50 und durch die Koppelung mit dem Schaltschieber 27 axial verschiebbar, da der Schaltschieber 27 über die Nach-Rechts-Bewegung der Dichtscheibe 24 des Entlüftungsventils 35 in Art einer Folgesteuerung auch einen Ventilschieber 47 des Einlassventils 45 aus der hier gezeigten Schließstellung in die Öffnungsstellung verschiebt, so dass das vom Einlassbereich 12 zuströmende Fluid durch den hohlen Ventilschieber 47 und einen Durchlass in der Dichtscheibe 24 sowie den rohrförmigen Schaltschieber 27 zum Auslass 13 hin fließen kann, da hierbei auch das Rückschlagventil 25 durch den Befülldruck (von der Betankungsanlage oder einer sonstigen Druckquelle/Befüllpumpe) in die Öffnungsstellung gedrückt wird.
  • Wie vorstehend angeführt, ist auf dem Gehäuse 11 (mit darin eingesetztem Einlassventil 45, Entlüftungsventil 35 und Rückschlagventil 25) über ein Zwischengehäuse 19 das Steuerventil 20 aufgesetzt. In diesem ist ein Kolben 21 (umfangsseitig abgedichtet) eingesetzt, der von einer Feder 22 beaufschlagt ist und somit in die hier gezeigte rechte Position gedrückt wird. Die beiden Stirnseiten, die dem jeweiligen Druck in der Bypassleitung 15 ausgesetzt sind, werden dabei bevorzugt gleich bemessen, so dass sich der Kolben 21 bei geringsten Druckunterschieden zwischen rechter (Einlass-) und linker (Auslass-) Seite feinfühlig verschieben kann. Der Ansprechschwellendruck wird dabei durch die Feder 22 bestimmt.
    Der Kolben 21 ist zudem durch einen Bolzen 53 mit dem Schwenkhebel 50 gekoppelt, so dass das Steuerventil 20 druckgesteuert über den Schieber 27 die Ventile 35 und 45 betätigen kann.
  • Ist im hier rechten Einlassbereich 12 der Druck höher als auf der Auslassseite 13, wie dies beim Beginn und Andauer der Befüllung der Fall ist, so wird zunächst der Kolben 21 auf die hier linke Seite hin verschoben und der Schieber 27 durch den (entgegen dem Uhrzeigersinn schwenkenden) Schwenkhebel 50 nach rechts verschoben. Dabei wird das Entlüftungsventil 35 geschlossen zu und das Einlassventil 45 aufgedrückt. Wie oben beschrieben, fließt das Fluid dann durch den hohlen Schieber 27 hindurch, drückt das Rückschlagventil 25 auf und strömt über den Auslassbereich 13 zum zu befüllenden Gastank.
  • Wird dann zum Ende der Befüllung (bei gefülltem Gastank oder Abschalten der Füllpumpe) der Druck auf der Auslassseite größer als der Einlassdruck, so geht der Kolben 21 in die hier gezeigte Ausgangsstellung (rechter Anschlag) zurück, wobei der Schwenkhebel 50 den Schieber 27 wieder nach links bewegt macht, so dass das Einlassventil 45 geschlossen wird, aber dabei das Entlüftungsventil 35 geöffnet wird, um den Zwischenraum zwischen Einlassventil 45 und dem zwischenzeitlich (wegen des fehlenden Einlassdruckes) ebenfalls geschlossenen Rückschlagventil 25 zu entlüften. Bei diesem Verschwenken (im Uhrzeigersinn) des Schwenkhebels 50 wird der Schaltschieber 27 nach links verschoben, so dass sich auch die Dichtscheibe 24 des Entlüftungsventils 35 aus dem Dichteingriff lösen kann. Hierbei trennen sich die Dichtscheibe 24 und die Schaltschieber 27 und Ventilschieber 47 in Axialrichtung geringfügig voneinander, so dass sich der Druck zu einem Druckausgleichsraum 44 hin abbauen kann, der als absatzartiger Ringraum in einer Abstufung am Gehäuseteil 11c um die Dichtscheibe 24 herum ausgebildet ist.
  • Beim vorstehend beschriebenen Öffnen des Entlüftungsventils 35 durch den Schaltschieber 27 strömt daher noch anstehendes, im Schaltventil "gefangenes" Druckmedium über den Druckausgleichsraum 44 zu einer Entlüftungsbohrung 43 am Gehäuseteil 11c, um z.B. in einen Rückführschlauch oder Tank oder bei unbedenklichen Fluiden in die Atmosphäre zu münden.
  • Hinsichtlich des Schwenkhebels 50 sei darauf hingewiesen, dass die Hebellängen beidseits der Schwenkachse 52 unterschiedlich sind, z.B. hier etwa im Verhältnis 3:1, so dass eine Kraftübersetzung erzielt wird. Dadurch kann eine kraftvolle Betätigung des Schiebers 27 und der damit gekoppelten Ventile erzielt werden, selbst bei relativ kleiner Bauweise des Steuerventils 20 (bzw. Durchmesser des Kolbens 21). Diese Übersetzung kann z.B. durch Austausch des Zwischengehäuses 19 und der darin gelagerten Schwenkachse 52 oder Verlängerung des Schwenkhebels 50 relativ einfach verändert werden, z.B. in Anpassung an die jeweiligen Befülldrücke. Damit ist das Schaltventil 10 mit aufgesetztem Steuerventil 20 variabel einsetzbar, zumal der Umbau, falls erforderlich, mittels Schrauben 60 (vgl. Fig. 1) rasch durchführbar ist. Zudem sei betont, dass die Bypassleitung 15 auch an den Adaptern 14, 14' angeschlossen werden kann oder direkt am jeweiligen Ein-/Auslassbereich 12, 13, des Gehäuses 11, um die Kompaktheit des druckgesteuerten Ventils zu verbessern.

Claims (9)

  1. Schaltventil (10) für die Übertragung von Fluiden, insbesondere zum Befüllen von Gastanks, mit einem Einlassbereich und einem Auslassbereich an einem Gehäuse (11), in dem ein Rückschlagventil (25), ein Entlüftungsventil (35) und ein Einlassventil (45) angeordnet sind, wobei das Entlüftungsventil (35) und das Einlassventil (45) von einem Schieber (27) gesteuert sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schieber (27) mit einem Schwenkhebel (50) gekoppelt ist, der von einem Steuerventil (20) druckgesteuert betätigbar ist.
  2. Schaltventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schwenkhebel (50) an einem Kolben (21) des Steuerventils (20) angelenkt ist, insbesondere mittels eines Bolzens (53).
  3. Schaltventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kolben (21) von einer Feder (22) beaufschlagt ist.
  4. Schaltventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kolben (21) einlassseitig und auslassseitig gleiche Kolbenflächenquerschnitte aufweist.
  5. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schwenkhebel (50) bezogen auf seine Länge außermittig an einer Schwenkachse (52) gelagert ist, insbesondere mit einer Hebellängen-Übersetzung von 3:1 oder mehr.
  6. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (20) am Gehäuse (11) aufgesetzt ist, insbesondere an einem mittleren Gehäuseteil (11b).
  7. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (20) mittels einer Bypassleitung (15) am Einlassbereich (12) und am Auslassbereich (13) oder zugehörigen Adaptern (14, 14') angeschlossen ist.
  8. Schaltventil nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (20) mit Schrauben (60) an einem Zwischengehäuse (19) befestigt ist, in dem vorzugsweise auch die Schwenkachse (52) gelagert ist.
  9. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schwenkhebel (50) in einer Ringnut (29) des Schiebers (27) formschlüssig eingreift.
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