DE60103018T2

DE60103018T2 - Automatisches ablaufventil

Info

Publication number: DE60103018T2
Application number: DE60103018T
Authority: DE
Inventors: David Bisley SELLICK; Alan Horsham TROUP
Original assignee: Parker Hannifin PLC
Current assignee: Parker Hannifin Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-02-10
Also published as: US6595234B2; US20030010380A1; EP1254334A1; WO2001059355A1; GB0002790D0; AU2001233840A1; EP1254334B1; DE60103018D1; ATE265650T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Ableitungseinheit für Druckgasversorgungssysteme, insbesondere pneumatische Versorgungssysteme.
In pneumatischen Versorgungssystemen enthält zum Beispiel die Druckluft, die vom Systemgenerator erzeugt wird, unter anderem mitgeführtes Wasser. Dieses Wasser muss vor Erreichen der Verwendungsstellen entfernt werden.
Es ist üblich, Filtervorrichtungen zum Extrahieren von Wasser aus Druckluft, die durch pneumatische Versorgungssysteme zugeführt wird, zu verwenden, wobei die Filtervorrichtungen für gewöhnlich in Modulen befestigt sind, die häufig zusätzliche Vorrichtungen, wie Druckregulatoren und Ölnebelschmierapparate, enthalten. Diese Filtervorrichtungen enthalten ein hydrophobes Filterelement, auf dem Wasser agglomeriert, und eine Schale, in der Wasser gesammelt wird. In einigen Konstruktionen sind die Filtervorrichtungen so aufgebaut, dass der Druckluftstrom einen Wirbel in der Filterschale bildet, wobei der Wirbel eine Zentrifugalwirkung erzeugt und Wasser vom Druckluftstrom trennt.
In solchen Filtervorrichtungen ist eine automatische Ableitungseinheit zum automatischen Abgeben des gesammelten Wassers aus der Filterschale bereitgestellt, bevor der Wasserpegel zu einem Überfluten des Filterelements führt. Mehrere automatische Ableitungseinheiten sind verfügbar, die für die automatische Abgabe von gesammeltem Wasser sorgen, wenn der Wasserpegel einen vorbestimmten Pegel erreicht, wie zum Beispiel in US-A-5636655 und US-A-5595210 offenbart.
Die bestehenden automatischen Ableitungseinheiten beinhalten für gewöhnlich ein Hauptauslassventil, das zum Ableiten gesammelten Wassers von der Filterschale betätigbar ist, ein Auslöseventil zum Betätigen des Auslassventils und einen leichten Polymerschwimmer zum Betätigen des Auslöseventils. Der Schwimmer ist so gestaltet, dass er in der Filterschale vertikal frei bewegbar ist, so dass, wenn der Wasserpegel in der Filterschale steigt, die Flotationskraft, die auf den Schwimmer wirkt, ein Aufsteigen des Schwimmers bis zu dem Punkt bewirkt, an dem das Auslöseventil betätigt wird, wenn das gesammelte Wasser eine vorbestimmte Tiefe erreicht. Wenn das Auslöseventil betätigt wird, wirkt der Systemdruck auf das Auslassventil, um dieses zu betätigen und das gesammelte Wasser gemeinsam mit etwas Druckluft aus der Filterschale auszulassen.
Die Verwendung eines Schwimmers zum Betätigen des Auslöseventils hat jedoch einige Nachteile, da die Flotationskraft, die das Gewicht des von dem Schwimmer verdrängten Wassers minus dem Gewicht des Schwimmers selbst ist, durch die die Wasserverdrängung regelnde Größe und das Gewicht des Schwimmers bestimmt wird. Die physische Größe des Schwimmers ist begrenzt, da der Schwimmer in die kleinsten Filterschalen passen muss, die im Handel erhältlich sind, um eine allgemeine Anwendung zu ermöglichen. Da der Schwimmer ein nicht vernachlässigbares Gewicht hat, selbst wenn er aus einem leichten Polymermaterial gebildet ist, wird die Kraft, die von einem bestimmten Wasservolumen erreichbar ist, um dieses Gewicht verringert. Somit ist die Flotationskraft, die aufgrund der möglichen Schwimmermaterialien und -größen entwickelt werden kann, relativ klein, für gewöhnlich weniger als 10 g. In bestehenden Konstruktionen muss diese geringe Kraft durch die Verwendung einer Hebelanordnung mechanisch verstärkt werden, um einen zuverlässigen Betrieb des Auslöseventils zu garantieren.
Zusätzlich sind diese bestehenden automatischen Ableitungseinheiten wegen der heiklen Hebelanordnung und des leichten Schwimmers auch schadensanfällig, nicht zuletzt wenn sie der Wassermasse ausgesetzt werden, die beim Einschalten des Systems in die Filterschale strömt.
Ferner ist die Konstruktion des Schwimmers durch die Tatsache begrenzt, dass der Systemdruck kontinuierlich über einen weiten Bereich von Drücken variieren kann und zwar insbesondere beim Abschalten des Systems. Zum Beispiel kann ein System, das nominal bei 10 barg arbeitet, beim Abschalten auf 0 barg abfallen. Wenn der Schwimmer hohl ist, erfährt der Schwimmer über die Wände des Schwimmers große Differenzialdrücke. Diese Drücke würden den Schwimmer zerbersten lassen und die automatische Ableitungseinheit nutzlos machen, und daher muss der Schwimmer besonders gestaltet sein, wodurch die Komplexität und Kosten zusätzlich erhöht werden. Dies ist eine allgemeine Konstruktionsschwäche in kommerziellen automatischen Ableitungseinheiten. Andere Schwimmerkonstruktionen werden verwendet, zum Beispiel Schwimmer, die aus geschlossenzelligem Polymerschaum hergestellt sind, die ausreichend stark sind, um den wechselnden Druckkräften ohne Beschädigung standzuhalten, und kein Wasser oder Öl aufnehmen. Dieses Material ist jedoch teuer.
Ein weiteres Problem bei bestehenden automatischen Ableitungseinheiten ergibt sich aus der Tatsache, dass das Wasser, das von pneumatischen Versorgungssystemen gesammelt wird, selten sauber ist. Gesammeltes Wasser enthält für gewöhnlich Öl und Schmutz- und/oder Rußpartikel und kann auch Algen und anderen organischen Wuchs enthalten. Bei einer Belastung mit solchen Verunreinigungen können kleine Öffnungen blockiert werden, Gleitteile können an Haftreibungsproblemen leiden und die Materialien der Komponenten können chemisch abgebaut werden.
Ein weiterer Nachteil bestehender automatischer Ableitungseinheiten ist, dass die erforderliche Höhe der Wassersäule zum Betätigen des Auslöseventils variabel und vom System druck abhängig ist. In den bestehenden automatischen Ableitungseinheiten ist die Verschlusskraft F für eine kreisförmige Auslöseventilöffnung gegeben durch F = 8PD², wobei P das Druckdifferenzial über das Auslöseventil und D der Öffnungsdurchmesser ist. Somit ist die Verschlusskraft F, die auf eine Auslöseventilöffnung mit einem Durchmesser von 0,5 mm bei einem Druckdifferenzial von 12 bar wirkt, 24 gf. In diesem Fall wäre ein 4:1 oder 5:1 mechanischer Vorteil erforderlich um zu garantieren, dass der Schwimmer das Auslöseventil über den möglichen Systemdruckbereich zuverlässig betätigt. Diese Abhängigkeit kann verringert werden, wenn die Auslöseventilöffnung als sehr kleine Öffnung bereitgestellt wird, zum Beispiel weniger als 0,5 mm, wodurch die relative Wirkung des Druckdifferenzials verringert wird. Dies erzeugt jedoch Probleme bei der Herstellung und Konstruktion, da solche kleinen Öffnungen mit einer festgelegten Gasleitfähigkeit schwierig herzustellen sind. Es bestehen auch Zuverlässigkeitsprobleme, da kleine Öffnungen leichter mit Öl oder Teilchen blockiert werden. Ebenso ist die Oberflächenspannung des Wassers ein signifikanter Faktor, wenn kleine Öffnungen verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte automatische Ableitungseinheit zur Verwendung in Druckgasversorgungssystemen, insbesondere pneumatischen Versorgungssystemen, bereitzustellen. In einem bevorzugten Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Ableitungseinheit bereitzustellen, die druckausgeglichen ist und durch dasselbe Volumen gesammelter Flüssigkeit ausgelöst wird, unabhängig vom Systemdruck.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine automatische Ableitungseinheit für ein Druckgasversorgungssystem bereit, umfassend: eine erste Hauptkammer mit einem Flüssigkeitssammelreservoir; eine zweite Referenzkammer; ein Auslassventil, das zur Abgabe gesammelter Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitssammelreservoir betätigbar ist; einen Auslöse mechanismus zur Betätigung des Auslassventils; eine Membran, die zumindest teilweise das Flüssigkeitssammelreservoir und die Referenzkammer definiert, wobei die Membran so gestaltet ist, dass sie unter dem Gewicht der Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitssammelreservoir gesammelt ist, bewegbar ist und den Auslösemechanismus betätigt, wenn das Gewicht der gesammelten Flüssigkeit einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet; und eine Fluidleitung, die die Referenzkammer strömungstechnisch mit einer Stelle in der Hauptkammer oberhalb des maximal möglichen Flüssigkeitspegels in dieser verbindet.
Vorzugsweise ist die Membran schlaff und imstande, sich unter Belastung frei zu bewegen.
Insbesondere ist Membran so geformt, dass die Sehnenlänge größer als die seitliche Dimension ist.
Vorzugsweise hat die Membran eine Dicke von nicht mehr als etwa 50 μm.
Insbesondere hat die Membran eine Dicke von nicht mehr als etwa 30 μm.
Vorzugsweise umfasst der Auslösemechanismus ein Auslöseventil zur Betätigung des Auslassventils, wobei das Auslöseventil betätigt wird, wenn das Gewicht der gesammelten Flüssigkeit einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
Insbesondere enthält das Auslöseventil eine Paddeleinheit, die ein Paddelelement umfasst, das der Membran benachbart angeordnet ist, so dass die Membran auf dieses wirkt, wenn sich Flüssigkeit in dem Flüssigkeitssammelreservoir ansammelt, wobei die Paddeleinheit zwischen einer ersten, nicht betätigten Position und einer zweiten, betätigten Position bewegbar ist.
Vorzugsweise ist die der Membran benachbarte Oberfläche des Paddelelements eine konvexe Oberfläche.
Insbesondere ist die der Membran benachbarte Oberfläche des Paddelelements eine teilsphärische Oberfläche.
Vorzugsweise enthält das Auslöseventil ein Vorspannelement zum Vorspannen der Paddeleinheit in die erste Position.
In einer Ausführungsform wird die Paddeleinheit schwenkbar gehalten, so dass sie geschwenkt wird, wenn das Gewicht der Flüssigkeit, das auf das Paddelelement wirkt, einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform trägt die Paddeleinheit einen Ventilfuß zum Öffnen oder Schließen eines Ventilsitzes.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält das Auslöseventil des Weiteren eine Abdichtungsventileinheit, die an die Paddeleinheit gekoppelt ist, wobei die Abdichtungsventileinheit einen Kolben und einen daran montierten Ventilfuß zum Öffnen oder Schließen eines Ventilsitzes enthält.
In einer anderen Ausführungsform ist die Paddeleinheit axial bewegbar, so dass sie axial bewegt wird, wenn das Gewicht der Flüssigkeit, das auf das Paddelelement wirkt, einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Paddeleinheit eine Spule, die gleitfähig in einer Ventilhülse angeordnet ist, wobei die Spule in der Ventilhülse zwischen einer betätigten und einer nicht betätigten Position bewegbar ist.
Vorzugsweise ist das Auslöseventil druckausgeglichen.
Vorzugsweise umfasst die Fluidleitung eine ringförmige Leitung.
Insbesondere umfasst die automatische Ableitungseinheit des Weiteren ein ringförmiges Element, das einen Hohlraum definiert und die Fluidleitung an seinem Umfang enthält.
Vorzugsweise umfasst das ringförmige Element erste und zweite koaxiale röhrenförmige Abschnitte unterschiedlicher seitlicher Dimensionen, wobei die Fluidleitung dazwischen definiert ist.
Vorzugsweise erstreckt sich die Membran seitlich über den Hohlraum.
Vorzugsweise ist das Druckluftversorgungssystem ein pneumatisches Versorgungssystem.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Filtervorrichtung, die die zuvor beschriebene automatische Ableitungsvorrichtung enthält.
Mit dieser Anordnung stellt die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise eine automatische Ableitungseinheit bereit, die durch das Gewicht einer gesammelten Flüssigkeitssäule ausgelöst wird und keinen Schwimmer enthält oder verlangt, dass das Auslöseventil in die gesammelte Flüssigkeit eingetaucht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Auslöseventil druckausgeglichen, so dass Gewicht der Flüssigkeit, das zum Betätigen der automatischen Ableitungseinheit erforderlich ist, nicht abhängig von dem Systemdruck schwankt, wodurch die Verwendung von Ventilöffnungsgrößen größerer Dimension möglich ist.
In der Folge werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine automatische Ableitungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 eine weggeschnittene, perspektivische Teilansicht einer automatischen Ableitungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht der automatischen Ableitungseinheit von 1 zeigt;
4 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 1 zeigt, die leer und mit den Auslöse- und Auslassventilen in geschlossenen Positionen dargestellt ist;
5 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 1 zeigt, die teilweise gefüllt und mit den Auslöse- und Auslassventilen in geschlossenen Positionen dargestellt ist;
6 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 1 zeigt, die voll und mit dem Auslöseventil in der offenen betätigten Position und dem Auslassventil in der geschlossenen Position dargestellt ist;
7 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 1 zeigt, die voll und mit den Auslöse- und Auslassventilen in offenen, betätigten Positionen dargestellt ist;
8 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 1 zeigt, die leer und mit dem Auslöseventil in der geschlossenen Position und dem Auslassventil in der offenen, betätigten Position dargestellt ist;
9 eine weggeschnittene, perspektivische Teilansicht einer automatischen Ableitungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht der automatischen Ableitungseinheit von 9 zeigt;
11 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 9 zeigt, die leer und mit den Auslöse- und Auslassventilen in geschlossenen Positionen dargestellt ist;
12 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 9 zeigt, die teilweise gefüllt und mit den Auslöse- und Auslassventilen in geschlossenen Positionen dargestellt ist;
13 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 9 zeigt, die voll und mit dem Auslöseventil in der offenen betätigten Position und dem Auslassventil in der geschlossenen Position dargestellt ist;
14 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 9 zeigt, die voll und mit den Auslöse- und Auslassventilen in offenen, betätigten Positionen dargestellt ist;
15 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 9 zeigt, die leer und mit dem Auslöseventil in der geschlossenen Position und dem Auslassventil in der offenen, betätigten Position dargestellt ist;
16 eine weggeschnittene, perspektivische Teilansicht einer automatischen Ableitungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht der automatischen Ableitungseinheit von 16 zeigt;
18 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 16 zeigt, die leer und mit den Auslöse- und Auslassventilen in geschlossenen Positionen dargestellt ist;
19 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 16 zeigt, die teilweise gefüllt und mit den Auslöse- und Auslassventilen in geschlossenen Positionen dargestellt ist;
20 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 16 zeigt, die voll und mit dem Auslöseventil in der offenen betätigten Position und dem Auslassventil in der geschlossenen Position dargestellt ist;
21 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 16 zeigt, die voll und mit den Auslöse- und Auslassventilen in offenen, betätigten Positionen dargestellt ist; und
22 eine vertikale Schnittansicht der automatischen Ableitungseinheit von 16 zeigt, die leer und mit dem Auslöseventil in der geschlossenen Position und dem Auslassventil in der offenen, betätigten Position dargestellt ist.
1 zeigt schematisch eine automatische Ableitungseinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer Filtervorrichtung 3 eingebaut ist.
Die Filtervorrichtung 3 umfasst ein Gehäuse 5, dessen unterer Bereich eine Schale 7, in dieser Ausführungsform eine durchsichtige Schale, definiert, in der die automatische Ableitungseinheit 1 eingesetzt ist. Das Gehäuse 5 enthält einen Gaseinlass 9, der an eine Druckgasversorgung, in dieser Ausführungsform eine Druckluftversorgung, angeschlossen ist, und einen Gasauslass 11, der an stromabwärts liegende Komponenten angeschlossen ist.
Die Filtervorrichtung 3 umfasst des Weiteren eine Filtereinheit 15, die an den Gasauslass 11 angeschlossen ist. Die Filtereinheit 15 umfasst ein Filter 17, in dieser Ausführungsform ein scheibenförmiges Filter, das in der Mitte in einem oberen Bereich des Gehäuses 5 angeordnet ist, und eine Fluidleitung 19, die das Filter 17 strömungstechnisch mit dem Gasauslass 11 verbindet.
Die Filtervorrichtung 3 umfasst des Weiteren mehrere Zyklonflügel 21, die um das Filter 17 angeordnet sind, um den eintretenden Gasstrom nach außen und nach unten abzulenken und einen Wirbel am Umfang des Gehäuses 5 zu erzeugen, um mitgeführte Flüssigkeit, in dieser Ausführungsform Wasser, vom Druckgas zu trennen.
Die Filtervorrichtung 3 umfasst des Weiteren ein Diffusorschild 22, das unterhalb des Filters 17 angeordnet ist. Das Diffusorschild 22 erstreckt sich seitlich über das Filter 17 hinaus und ist von diesem beabstandet, so dass der direkte Strom des eintretenden Druckgases zu dem Filter 17 verhindert wird.
Die automatische Ableitungseinheit 1 umfasst eine dünne Membran 23, die in dem Gehäuse 5 angeordnet ist, um diese in zwei Kammern 24, 25, eine obere Hauptkammer 24 und eine untere Referenzkammer 25, zu trennen. Die obere Oberfläche 23a der Membran 23 definiert zumindest teilweise die untere Oberfläche eines Flüssigkeitssammelreservoirs 27 zum Sammeln von Flüssigkeit, die aus dem eintretenden Druckgasstrom abgetrennt wurde. Das Sammelreservoir 27 enthält eine Auslassöffnung 28, so dass gesammelte Flüssigkeit aus dem Sammelreservoir 27 abgeleitet werden kann. Bei dieser Konstruktion ruht das Gewicht von Flüssigkeit, die in dem Sammelreservoir 27 gesammelt ist, auf der Membran 23. Die untere Oberfläche 23b der Membran 23 definiert teilweise die Oberfläche der Referenzkammer 25.
Die automatische Ableitungseinheit 1 umfasst des Weiteren ein Paddelelement 31, das an der unteren Oberfläche 23b der Membran 23 angeordnet ist, und ein Vorspannelement 33, in dieser Ausführungsform eine leichte Druckfeder, das auf das Paddelelement 33 wirkt, um das Paddelelement 31 und die darüber liegende Membran 23 zu stützen. In dieser Konstruktion wird das Vorspannelement 33 zusammengepresst, wenn sich Flüssigkeit in dem Sammelreservoir 27 ansammelt.
Die Aufgabe der Membran 23 besteht darin, das gesammelte Flüssigkeitsvolumen zu halten, wodurch dieses am Eintreten in die Referenzkammer 25 gehindert wird, und die Kraft der gesammelten Flüssigkeitssäule auf das Paddelelement 31 zu übertragen. In der Praxis hätte die kleinste Filterschale 7, in die die automatische Ableitungseinheit 1 eingesetzt werden könnte, einen Innendurchmesser von etwa 25 mm. Dieser Durchmesser ermöglicht einen nutzbaren Durchmesser der Membran 23 von etwa 20 mm. Wenn die Filterschale 7 eine Flüssigkeitstiefe von etwa 25 mm in der Sammelkammer 27 aufnehmen kann, könnte das Gewicht der Flüssigkeit, das zum Betätigen der automatischen Ableitungseinheit 1 zur Verfügung steht, nur etwa 8 g betragen. Damit die Membran 23 ausreichend verschoben wird, um eine Betätigung zu erreichen, für gewöhnlich etwa 1 bis etwa 2 mm, muss die Membran 23 äußerst leicht und biegsam sein. In dieser Ausführungsform ist die Membran 23 ein Dünnfilm, der relativ zu der Öffnung, in der sie angeordnet ist, eine Übergröße hat, und somit eine im Wesentlichen freie vertikale Bewegung ermöglicht. Ein geeignetes Material für die Membran 23 ist Polyvinylidenchlorid (PVDC). Die Membran 23 kann mit einem bestimmten Profil, zum Beispiel mit einem teilsphärischen Profil, durch plastische Verformung unter Verwendung zum Beispiel eines geformten Dorns oder einer hydraulischen Presse gebildet werden.
Die automatische Ableitungseinheit 1 umfasst des Weiteren ein Auslassventil 35, das strömungstechnisch mit der Auslassöffnung 28 des Sammelreservoirs 27 verbunden ist, so dass beim Öffnen des Auslassventils 35 die Flüssigkeit, die in dem Sammelreservoir 27 gesammelt ist, unter Druck des Druckgases aus diesem abgegeben wird, in dieser Ausführungsform an die Atmosphäre oder zu einem Sammelgefäß. In dieser Ausführungsform ist das Auslassventil 35 ein druckbetätigtes Ventil und ist so konstruiert, dass es durch die Ausübung eines vorbestimmten Drucks auf eine Steueröffnung betätigt wird.
Die automatische Ableitungseinheit 1 umfasst des Weiteren ein Auslöseventil 37, das strömungstechnisch mit der Referenzkammer 25 und der Steueröffnung des Auslassventils 35 verbunden ist, so dass bei Betätigung des Auslöseventils 37, in dieser Ausführungsform bei Öffnung des Auslöseventils 37, die Referenzkammer 25 strömungstechnisch mit der Steueröffnung des Auslassventils 35 verbunden ist und der Druck in der Referenzkammer 25 derart ist, dass das Auslassventil 35 betätigt und geöffnet wird, was zu einer Abgabe der gesammelten Flüssigkeit aus dem Sammelreservoir 27 führt.
Die automatische Ableitungseinheit 1 umfasst des Weiteren eine mechanische Verbindung 39, die das Paddelelement 31 und das Auslöseventil 37 verbindet, und so konstruiert ist, dass das Auslöseventil 37 bei einer vorbestimmten Verschiebung des Paddelelements 31 betätigt wird.
Die automatische Ableitungseinheit 1 umfasst des Weiteren eine Fluidleitung 41, die als Schnorchel dient und die Referenzkammer 25 und die Hauptkammer 24 an einem Punkt strömungstechnisch verbindet, der unter dem maximal möglichen Flüssigkeitspegel in dem Sammelreservoir 27 liegt. Die Fluidleitung 41 enthält eine erste untere Öffnung 42, die strömungstechnisch mit der Referenzkammer 25 verbunden ist, und eine zweite obere Öffnung 43, die strömungstechnisch mit der Hauptkammer 24 an einer Stelle über dem maximalen Flüssigkeitspegel, der sich in dem Sammelreservoir 27 ansammeln kann, verbunden ist. Bei dieser Konstruktion kann Flüssigkeit nicht direkt in die Referenzkammer 25 eintreten, wodurch garantiert wird, dass die Sammelrate von Flüssigkeit in der Referenzkammer 25 deutlich geringer als die Sammelrate in dem Sammelreservoir 27 ist. In dieser Ausführungsform enthält die Fluidleitung 41 ein Sprüh/Nebeltrennelement 44 an ihrem oberen Reservoirende 43, so dass garantiert ist, dass der mitgeführte Öldampf oder das flüssige Aerosol, das in dem Druckgasstrom vorhanden ist, in das Sammelreservoir 27 und nicht in die Referenzkammer 25 kondensiert.
In dieser Ausführungsform sind die Membran 23 und die Referenzkammer 25 aus Materialien hergestellt, die zu keinem Druck-, Öl- oder Wasserschaden neigen, und die Referenzkammer 25 ist aus einem Material hergestellt, das das Wachstum von Algen und anderen organischen Substanzen hemmt.
Wenn sich in Verwendung Flüssigkeit in dem Sammelreservoir 27 über der Membran 23 ansammelt, wird das Vorspannelement 33 um ein Maß zusammengepresst, das zu dem Gewicht der gesammelten Flüssigkeitssäule proportional ist. Wenn sich das Paddelelement 31 unter dem Gewicht der gesammelten Flüssigkeit senkt, wirkt die Bewegung des Paddelelements 31 mechanisch durch die mechanische Verbindung 39, um das Auslöseventil 37 an einem vorbestimmten Punkt zu betätigen, wobei durch diese Betätigung das Auslassventil 35 betätigt wird, indem der Systemdruck in der Referenzkammer 25 strömungstechnisch mit der Steueröffnung des Auslassventils 35 verbunden wird, wodurch der Systemdruck die gesammelte Flüssigkeit aus dem Sammelreservoir 27 entfernt. Wenn das Auslöseventil 37 gerade geöffnet wurde, strömt Gas hindurch, wodurch der Druck in der Referenzkammer 25 in Bezug auf die Hauptkammer 24 verringert wird. Dieser momentane Druckabfall wird rasch durch Gas ausgeglichen, das durch die Fluidleitung 41 strömt, aber während seiner Dauer ist die Wirkung, einen Impuls an die Membran 23 anzulegen, der ferner dazu dient, das Paddelelement 31 nach unten und das Auslöseventil 37 in die offene, betätigte Position zu spannen. Diese wünschenswerte positive Rückkopplung verbessert den Ventilöffnungsvorgang. Unmittelbar nach Betätigung des Auslassventils 35 fällt der Druck in der Hauptkammer 24 aufgrund des Verlustes an Druckgas von der Filtervorrichtung 3 deutlich. Dieses momentane Druckdifferenzial legt einen Impuls an die Membran 23 an, der bewirkt, dass die Membran 23 und somit das Paddelelement 31 hochsteigen, wodurch das Auslöseventil 37 geschlossen und folglich das Auslassventil 35 geschlossen wird.
Bei dieser Konstruktion ist die Kraft, die auf das Paddelelement 31 ausgeübt wird, zu der Höhendifferenz zwischen der Flüssigkeitssäule über dem Paddelelement 31 und jeder Flüssigkeitssäule in der Fluidleitung 41 proportional. Der beste Betrieb wird erreicht, wenn die Flüssigkeitssäule in der Fluidleitung 41 unter dem Pegel des Paddelelements 31 liegt oder noch idealer, wenn die Referenzkammer 25 im Wesentlichen trocken ist.
Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Referenzkammer 25 nicht trocken bleiben muss. Über einen langen Zeitraum sammelt sich unvermeidlich Flüssigkeit in der Referenzkammer 25 aufgrund der Kondensation von Dampf in dieser oder des Flüssigkeitstransports durch die Fluidleitung 41 an. Solange die Flüssigkeitsmenge, die sich in der Referenzkammer 25 ansammelt, nicht zu einem Flüssigkeitspegel in der Fluidleitung 41 führt, der deutlich höher als der Pegel der Membran 23 ist, wird der Betrieb nicht beeinflusst.
2 bis 8 zeigen eine automatische Ableitungseinheit 101 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in eine Filtervorrichtung 103 eingebaut ist.
Die Filtervorrichtung 103 enthält eine Filterschale 107, die in ihrem Boden eine Gewindeöffnung 109 enthält.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst einen Befestigungskörper 105, der an der Filterschale 107 der Filtervorrichtung 103 angebracht ist.
Der Befestigungskörper 105 enthält einen Gewindeabschnitt 111 an seiner äußeren Oberfläche für eine Schraubverbindung mit der Gewindeöffnung 109 in der Filterschale 107, und einen nach außen gerichteten Flansch 113 an seinem einen, oberen Ende 115. Der Flansch 113 definiert eine Auflagefläche 116 für eine ringförmige Dichtung 117, die um den Befestigungskörper 105 angeordnet ist und eine Dichtung zwischen dem Befestigungskörper 105 und der Filterschale 107 bildet.
Der Befestigungskörper 105 enthält eine mittlere Durchgangsbohrung 118, die sich von seinem oberen Ende 115 zu seinem anderen unteren Ende 119 erstreckt. Die Bohrung 118 enthält einen ersten Abschnitt 120 mit einem ersten Innen durchmesser an ihrem oberen Ende 115, einen zweiten Abschnitt 121 mit einem zweiten Innendurchmesser an ihrem unteren Ende 119 und einen dritten Abschnitt 122 mit einem dritten Innendurchmesser zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 120, 121. Der dritte, mittlere Abschnitt 122 hat einen kleineren Innendurchmesser als der erste und zweite Abschnitt 120, 121 und definiert erste und zweite Auflageflächen 125, 127 an den entsprechenden Verbindungen mit diesen, die entsprechenden der oberen und unteren Enden 115, 119 des Befestigungskörpers 105 gegenüberliegen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren ein Zylinderelement 128, das in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 angeordnet ist. Das Zylinderelement 128 umfasst ein röhrenförmiges Element 129, das verschiebbar in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 angeordnet ist und teilweise über deren unteres Ende 119 hinaus ragt, einen Kranz 130, der an dem röhrenförmigen Element 129 außerhalb des Befestigungskörpers 105 befestigt ist, und ein Vorspannelement 131, in dieser Ausführungsform eine Druckfeder, zum Vorspannen des röhrenförmigen Elements 129 nach außen von dem Befestigungskörper 105. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Aufgabe des Zylinderelements 128, für den manuellen Betrieb der automatischen Ableitungseinheit 101 zu sorgen, indem das röhrenförmige Element 129 in den Befestigungskörper 105 gepresst wird.
Das röhrenförmige Element 129 enthält eine Durchgangsbohrung 132, die sich von einem, seinem oberen Ende 133 zu dem anderen, seinem unteren Ende 134 erstreckt, wobei bei Betätigung der automatischen Ableitungseinheit 101 Flüssigkeit durch diese Bohrung 132 an die Atmosphäre oder ein geeignetes Sammelgefäß abgegeben wird.
Das röhrenförmige Element 129 umfasst einen ersten Hauptabschnitt 135, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesent lichen derselbe ist wie der Innendurchmesser des dritten mittleren Abschnitts 122 der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105, so dass er einen engen Gleitsitz darin hat. Der Hauptabschnitt 135 enthält eine ringförmige Nut 136 in seiner äußeren Oberfläche, wobei die Nut 136 eine ringförmige Dichtung 137 enthält, um eine fluiddichte Dichtung zwischen dem Zylinderelement 129 und dem Befestigungskörper 105 aufrechtzuerhalten.
Das röhrenförmige Element 129 enthält des Weiteren einen zweiten Kopfabschnitt 138 an seinem oberen Ende 133, der einen größeren Außendurchmesser als sein Hauptabschnitt 135 hat, wobei der Außendurchmesser des Kopfabschnitts 138 im Wesentlichen derselbe ist wie der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 120 der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105, so dass er einen engen Gleitsitz darin hat. Der Kopfabschnitt 138 definiert eine Auflagefläche 139 an seiner äußeren Oberfläche an der Verbindung mit dem Hauptabschnitt 135, wobei die Auflagefläche 139 auf der ersten Auflagefläche 125 in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 liegt, wenn das röhrenförmige Element 129 nach unten in eine Richtung von dem unteren Ende 119 des Befestigungskörpers 105 gespannt wird, und das Entweichen des röhrenförmigen Elements 129 von dem Befestigungskörper 105 verhindert. Der Kopfabschnitt 138 enthält des Weiteren eine ringförmige Nut 140 in seiner inneren Oberfläche, die einen oberen Bereich der Bohrung 132 definiert, wobei die Nut 140 eine ringförmige Dichtung 141, in dieser Ausführungsform eine ringförmige Lippendichtung, enthält.
Das röhrenförmige Element 129 enthält des Weiteren einen dritten Endabschnitt 142 an seinem unteren Ende 134, an dem der Kranz 130 sitzt und durch den Flüssigkeit an die Atmosphäre oder ein geeignetes Gefäß abgegeben wird. Der Endabschnitt 142 hat einen kleineren Außendurchmesser als der Hauptabschnitt 135 und definiert eine Auflagefläche 143 an seiner äußeren Oberfläche an der Verbindung mit dem Haupt abschnitt 135, wobei der Kranz 130 auf der Auflagefläche 143 liegt. Der Endabschnitt 142 enthält eine ringförmige Nut 145 in seiner äußeren Oberfläche zur Aufnahme einer Klemme 147 zum Befestigen des Kranzes 130 an dem röhrenförmigen Element 129 in Auflage mit der Auflagefläche 143. Das Vorspannelement 131 ist zwischen der zweiten Auflagefläche 127 an dem Befestigungskörper 105 und dem Kranz 130 angeordnet, um das röhrenförmige Element 129 in eine Richtung nach unten, nach außen von dem Befestigungskörper 105 zu spannen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren ein Hauptgehäuse 151, das an dem oberen Ende 115 des Befestigungskörpers 105 befestigt, in dieser Ausführungsform, festgeklemmt ist.
Das Hauptgehäuse 151 enthält einen ersten, sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 153 an einer, seiner unteren Oberfläche 155, wobei der Flansch 153 an dem oberen Ende 115 des Befestigungskörpers 105 befestigt, in dieser Ausführungsform festgeklemmt, ist. Der Flansch 153 enthält mehrere Öffnungen 157 zur Bildung eines Fluidverbindungsweges zu dem oberen Ende 133 des röhrenförmigen Elements 129.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren einen zweiten sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 159, der neben dem Umfang der anderen, seiner oberen Oberfläche 161 angeordnet ist, wobei der Flansch 159 teilweise eine Referenzkammer 163 definiert, die in Fluidverbindung mit der Druckgasversorgung steht, wie in der Folge ausführlicher besprochen wird. Der Flansch 159 enthält eine Öffnung 164, um einen Fluidverbindungsweg zu bilden.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine ringförmige Nut 165 in seiner äußeren Umfangsfläche, wobei die Nut 165 eine ringförmige Dichtung 166 zur Bildung einer fluid dichten Dichtung mit einer äußeren Hülse 205 enthält, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine Drehstütze 167, die neben dem Flansch 159 angeordnet ist, um eine Paddeleinheit 220 in der Drehung zu stützen, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird. In dieser Ausführungsform ist die Drehstütze 167 neben der Öffnung 164 in dem Flansch 159 angeordnet.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren einen Ventilsitz 171, der an seiner oberen Oberfläche 161 an einer Seite der Drehstütze 167, in dieser Ausführungsform neben der Öffnung 164 in dem Flansch 159, angeordnet ist.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine axial verlaufende Kolbenbohrung 173, die axial mit dem röhrenförmigen Element 129 des Zylinderelements 128 ausgerichtet ist und sich von dem unteren Ende des Flansches 153 nach innen erstreckt.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine Fluidleitung 175, die das innere Ende der Kolbenbohrung 173 strömungstechnisch mit dem Ventilsitz 171 verbindet.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Kolbeneinheit 177, die verschiebbar sowohl in dem röhrenförmigen Element 129 des Zylinderelements 128 als auch in der Kolbenbohrung 173 in dem Hauptgehäuse 151 angeordnet ist. Die Kolbeneinheit 177 und die ringförmige Dichtung 141 in dem Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 stellen gemeinsam ein Auslassventil bereit, das betätigbar ist, um die Filterschale 107 zur Atmosphäre oder zu einem geeigneten Sammelgefäß zu entleeren und die Abgabe gesammelter Flüssigkeit unter der Wirkung des Systemdrucks zu ermöglichen.
Die Kolbeneinheit 177 enthält einen Kolbenkopf 179 an einem, dem unteren Ende 181, der einen Außendurchmesser hat, der derart gestaltet ist, dass eine fluiddichte Dichtung mit der inneren Oberfläche der ringförmigen Dichtung 141 im Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 gebildet wird.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren einen Antriebskolben 183 an dem anderen, ihrem oberen Ende 184, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Kolbenbohrung 173 in dem Trägerkörper 151 ist, so dass er mit einem engen Gleitsitz darin sitzt. Der Antriebskolben 183 enthält eine ringförmige Nut 186 in seiner äußeren Oberfläche, wobei die Nut 186 eine ringförmige Dichtung 187 zur Bereitstellung einer fluiddichten Dichtung zwischen der Kolbenbohrung 173 und dem Antriebskolben 183 enthält.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren einen Kolbenschaft 189, der einen kleineren Außendurchmesser als der Kolbenkopf 179 hat und den Kolbenkopf 179 mit dem Antriebskolben 183 verbindet. Der Außendurchmesser des Kolbenschafts 189 ist derart, dass ein ringförmiger Spalt um diesen bereitgestellt wird, wenn er in der ringförmigen Dichtung 141 in dem Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 sitzt.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren eine Durchgangsbohrung 191, die als Ausströmpfad dient, so dass die Kolbeneinheit 177 in die geschlossene, nicht betätigte Position zurückkehren kann, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird. Die Bohrung 191 enthält einen ersten Abschnitt 193 mit einem ersten, sehr kleinen Innendurchmesser an ihrem unteren Ende 181, wobei der Abschnitt 193 so dimensioniert ist, dass er dem hindurchgehenden Fluidstrom einen hohen Widerstand bietet, aber dennoch eine Ausströmfunktion bereitstellt. Die Bohrung 191 enthält des Weiteren einen zweiten, mittleren Abschnitt 195 mit einem zweiten Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 193 ist. Die Bohrung 191 enthält einen dritten Abschnitt 197 an ihrem oberen Ende 184, der einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 195 hat und eine Auflagefläche 199 an der Verbindung mit diesem definiert. Der dritte Abschnitt 197 enthält ein Vorspannelement 201, in dieser Ausführungsform eine Druckfeder, das auf der Auflagefläche 199 und dem inneren Ende der Kolbenbohrung 173 liegt, so dass die Kolbeneinheit 177 nach außen gespannt wird. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Aufgabe des Vorspannelements 201, die Kolbeneinheit 177 in die offene, betätigte Position zu treiben, wenn kein Systemdruck vorhanden ist, wodurch für eine Entleerung der Filtervorrichtung 103 beim Abschalten des Systems gesorgt wird.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren erste und zweite koaxiale Hülsen 203, 205, in dieser Ausführungsform zylindrische Hülsen, die am Umfang des Hauptgehäuses 151 befestigt sind und eine Fluidleitung 207 definieren, die als Schnorchel dient und die Öffnung 164 in dem Flansch 159 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151, und somit die Referenzkammer 163, mit einer Stelle verbindet, die sich an einer vorbestimmten Höhe über der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 befindet und eine Höhe in der Filterschale 107 über dem maximal möglichen Flüssigkeitspegel in dieser darstellt.
Die innere Hülse 203 enthält einen nach innen gerichteten Umfangsflansch 209 an einem, ihrem unteren Ende 211, der auf dem Flansch 159 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 angeordnet und dicht an diesem befestigt ist. Die innere Hülse 203 enthält des Weiteren mehrere nach außen ragende Vorsprünge 213, die jeweils ein Durchgangsloch 215 aufweisen, die an einer Position zu der anderen Seite des Flansches 209 angeordnet sind und Flüssigkeitsüberführöffnungen bereitstellen.
Die äußere Hülse 205 ist eine fluiddichte Dichtung am Umfang des Hauptgehäuses 151, die dicht mit der Dichtung 166 in dessen äußerer Umfangsfläche in Eingriff steht, und enthält mehrere Öffnungen 217, die mit den Vorsprüngen 213 an der inneren Hülse 203 ausgerichtet sind.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Paddelvorrichtung 219, die gemeinsam mit dem Ventilsitz 171 ein Auslöseventil zum Betätigen des Auslassventils bildet.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst eine Paddeleinheit 220, die ein Paddelelement 221, in dieser Ausführungsform ein kreisförmiges Element mit einer teilsphärischen oberen Oberfläche, umfasst, das in der Öffnung angeordnet ist, die durch den Flansch 209 an der inneren Hülse 203 definiert wird, und ein Armelement 223, das sich von der Umfangskante an der anderen, unteren Oberfläche des Paddelelements 221 erstreckt. Das Armelement 223 enthält einen Drehzapfen 225, der mit der Drehstütze 167 an dem Hauptgehäuse 151 in Eingriff steht, so dass dieser zwischen einer ersten, nicht betätigten Position (wie in 4 dargestellt) und einer betätigten Position (wie in 7 dargestellt) gedreht werden kann. Das Armelement 223 enthält des Weiteren einen Ventilfuß 227, in dieser Ausführungsform einen Weichpolymerfuß, der so gestaltet ist, dass er an dem Ventilsitz 171 angeordnet ist, wenn sich die Paddeleinheit 220 in der geschlossenen, nicht betätigten Position befindet, und dadurch die Fluidleitung 175 zu dem Systemdruck schließt, und von dem Ventilsitz 171 abgehoben wird, um eine Fluidverbindung zwischen der Fluidleitung 175 und dem Systemdruck herzustellen, wenn sich die Paddeleinheit 220 in der offenen, betätigten Position befindet.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst des Weiteren ein Vorspannelement 228, in dieser Ausführungsform eine leichte Blattfeder, das an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 befestigt ist und auf das Paddelelement 221 an einem Punkt gegenüber dem Armelement 223 wirkt, um das Paddelelement 221 in die geschlossene, nicht betätigte Position zu spannen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Membran 229, die dicht an dem Flansch 209 an der inneren Hülse 203 befestigt ist und teilweise die Referenzkammer 163 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 umschließt. Die Membran 229 ist ein Dünnfilm, der eine ausreichende Übergröße aufweist, so dass sie schlaff und flexibel ist, und für eine direkte Kraftübertragung des darüber liegenden Gewichts der gesammelten Flüssigkeit auf das darunter angeordnete Paddelelement 221 sorgt. In dieser Ausführungsform wird die Membran 229 vorgeformt, so dass sie eine nach oben konvexe Form einnimmt, wenn das Paddelelement 221 von unten auf sie wirkt (wie in 4 dargestellt), und der Kontur des Paddelelements 221 folgt, wenn sie zu der Paddeleinheit 220 bewegt wird, die sich in der betätigten Position befindet (wie in 7 dargestellt). Zu geeigneten Materialien für die Membran 229 zählen PEEBAX Polyamid/Polyether MX1205 SN 01 und BF GOODRICH Estane 58887 + 5% 58236, mit typischen Dicken von 30 und 50 μm. Die Fluidverbindung zu der Referenzkammer 163 erfolgt nur durch die Öffnung 164 im Flansch 159 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151. Wie zuvor beschrieben wurde, ist die Öffnung 164 im Flansch 159 strömungstechnisch mit der Fluidleitung 207 verbunden, die sich an einer Höhe über dem maximalen Pegel der Flüssigkeit öffnet, die in der Filterschale 107 gesammelt werden kann. Bei dieser Konstruktion befindet sich die Referenzkammer 163 bei Systemdruck und ist von der gesammelten Flüssigkeit getrennt.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine perforierte Platte 235, die über der Membran 229 an dem Flansch 209 an der inneren Hülse 203 angeordnet ist. Die Platte 235 enthält mehrere kleine Öffnungen, die dazu dienen, eine direkte Belastung der Membran 229 mit großen Flüssigkeitsmassen zu verhindern, die häufig beim Einschalten des Systems entstehen. Die Platte 235 wird von einer ringförmigen Federklemme 237 gehalten, die mit der inneren Oberfläche der inneren Hülse 203 in Eingriff steht.
In der Folge wird nun der Betrieb der automatischen Ableitungseinheit 101 unter Bezugnahme auf 4 bis 8 der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In einem ersten Zustand, der in 4 dargestellt ist, befindet sich die Filtervorrichtung 103 bei dem Systemdruck und enthält keine Flüssigkeit. In diesem Zustand sind das Auslöseventil und das Auslassventil geschlossen. Die Paddeleinheit 220 des Auslöseventils wird durch die Kraft des Systemdrucks, der auf den Ventilfuß 227 am Ventilsitz 171 wirkt, und die Kraft des Vorspannelements 228, die zum Spannen der Paddeleinheit 220 in die geschlossene Position wirkt, in der geschlossenen Position gehalten, wenn der Systemdruck gleichermaßen auf die obere und untere Oberfläche der Membran 229 ausgeübt wird. Die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils wird durch Ausüben des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in der geschlossenen Position gehalten.
Wie in 5 dargestellt, wird die Filterschale 107 bei Verwendung zunehmend mit Flüssigkeit gefüllt, die von der Filtervorrichtung 103 aus dem Druckgasstrom abgetrennt wurde. In einem teilweise gefüllten Zustand sind das Auslöse- und Auslassventil geschlossen. Die Paddeleinheit 220 des Auslöseventils wird durch die darüber liegende Flüssigkeitssäule belastet, aber die Kraft des Systemdrucks, der auf den Ventilfuß 227 am Ventilsitz 171 wirkt, und die Vorspannkraft des Vorspannelements 228 sind größer als die Belastungskraft der Flüssigkeitssäule und die Paddeleinheit 220 wird in der geschlossenen Position gehalten. Die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils wird durch Ausüben des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in der geschlossenen Position gehalten.
Wenn der Flüssigkeitspegel einen vorbestimmten Schwellwert für einen bestimmten Systemdruck erreicht, wie in 6 dargestellt, wird das Auslöseventil betätigt, indem die Paddeleinheit 220 geschwenkt wird, um den Ventilfuß 227 aus dem Ventilsitz 171 zu heben. Das Schwenken der Paddeleinheit 220 wird durch die Last der darüber liegenden Flüssigkeitssäule verursacht, die die Kraft des Systemdrucks, der auf den Ventilfuß 227 am Ventilsitz 171 wirkt, und die Vorspannkraft des Vorspannelements 228 übersteigt. Wenn das Auslöseventil soeben geöffnet wurde, strömt Gas aus der Referenzkammer 163 zu der Kolbenbohrung 173, wodurch der Druck in der Referenzkammer 163 in Bezug auf jenen der Hauptkammer gesenkt wird. Diese momentane Druckverringerung wird rasch durch den Gasstrom durch die Fluidleitung 207 ausgeglichen, aber für ihre Dauer ist die Wirkung, einen Impuls auf die Membran 229 auszuüben, um die Paddeleinheit 220 weiter in die offene Position zu spannen. Diese wünschenswerte positive Rückkopplung verbessert den Ventilöffnungsvorgang.
Fast sofort, wie in 7 dargestellt, wird die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils durch Einleiten des Systemdrucks in die Fluidleitung 175 und das Ausüben des Systemdrucks auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in die offene, betätigte Position getrieben. In dieser Ausführungsform ist die Nettokraft, die auf die Kolbeneinheit 177 wirkt, die durch die Beiträge der Kraft des elastischen Elements 201 und der Kraft des Systemdrucks, der auf die obere Oberfläche des Antriebskolbens 183 und die freiliegende Oberfläche des Kolbenkopfs 179 wirkt, ausgeglichen durch die Kraft des Systemdrucks, der auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 wirkt, und den Verlust durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177, erreicht wird, derart, dass die Kolbeneinheit 177 in die offene, betätigte Position getrieben wird und das Auslassventil öffnet. Mit der Kolbeneinheit 177 in der offenen Position wird ein ringförmiger Spalt zwischen der Kolbeneinheit 177 und der ringförmigen Dichtung 141 in dem röhrenförmigen Element 129 gebildet, der eine explosive Abgabe der gesammelten Flüssigkeit durch das röhrenförmige Element 129 zur Atmosphäre oder einem geeigneten Sammelgefäß ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf 8 fällt unmittelbar nach dem Betrieb des Auslassventils der Druck in der Hauptkammer deutlich aufgrund des raschen Stroms des Druckgases von der Filtervorrichtung 103. Obwohl die Drücke in der Hauptkammer und der Referenzkammer 163 ziemlich rasch ausgeglichen werden, legt das Druckdifferenzial einen Impuls an die Membran 229 an, der derart ist, dass die Membran 229 in die erhöhte Position zurückgestellt wird, wodurch die Paddeleinheit 220 unter der Spannung des Vorspannelements 228 in die geschlossene Position zurückkehren kann. Um eine Beschädigung der Membran 229 zu vermeiden, sollte die Fluidleitung 207 eine Leitfähigkeit haben, die ausreichend ist, um der Referenzkammer 163, die im Vergleich zu der Hauptkammer klein ist, einen raschen Druckausgleich zu ermöglichen.
Infolge des Verschlusses des Auslöseventils wird der Systemdruck nicht mehr länger an die Fluidleitung 175 und somit auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 angelegt, und die Kolbeneinheit 177 kehrt durch die übersteuernde Wirkung des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in die geschlossene Position zurück. Bei der Rückkehr des Antriebskolbens 183 in die geschlossene Position gibt es eine gewisse Verzögerung, und für diesen Zeitraum der Verzögerung wird weiterhin gesammelte Flüssigkeit abgegeben. Diese Verzögerung wird hauptsächlich durch die Leitfähigkeit des Druckgases durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177 von der Kolbenbohrung 173 an der hinteren Oberfläche des Antriebskolbens 183 bestimmt.
Mit der Kolbeneinheit 177 in der geschlossenen Position werden das Auslöse- und Auslassventil geschlossen und der Zyklus wird dann wiederholt, während weitere Flüssigkeit in der Filterschale 107 gesammelt wird.
9 bis 15 zeigen eine automatische Ableitungseinheit 101 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einer Filtervorrichtung 103 eingebaut ist.
Die Filtervorrichtung 103 enthält eine Filterschale 107, die eine Gewindeöffnung 109 in ihrem Boden enthält.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst einen Befestigungskörper 105 der an der Filterschale 107 befestigt ist.
Der Befestigungskörper 105 enthält einen Gewindeabschnitt 111 an seiner äußeren Oberfläche für eine Schraubverbindung mit der Gewindeöffnung 109 in der Filterschale 107, und einen nach außen gerichteten Flansch 113 an einem, seinem oberen Ende 115. Der Flansch 113 definiert eine Auflagefläche 116 für eine ringförmige Dichtung 117, die um den Befestigungskörper 105 angeordnet ist und eine Dichtung zwischen dem Befestigungskörper 105 und der Filterschale 107 bildet.
Der Befestigungskörper 105 enthält eine mittlere Durchgangsbohrung 118, die sich von seinem oberen Ende 115 zu seinem anderen unteren Ende 119 erstreckt. Die Bohrung 118 enthält einen ersten Abschnitt 120 mit einem ersten Innendurchmesser an ihrem oberen Ende 1–15, einen zweiten Abschnitt 121 mit einem zweiten Innendurchmesser an ihrem unteren Ende 119 und einen dritten Abschnitt 122 mit einem dritten Innendurchmesser zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 120, 121. Der dritte, mittlere Abschnitt 122 hat einen kleineren Innendurchmesser als der erste und zweite Abschnitt 120, 121 und definiert erste und zweite Auflageflächen 125, 127 an den entsprechenden Verbindungen mit diesen, die entsprechenden der oberen und unteren Enden 115, 119 des Befestigungskörpers 105 gegenüberliegen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren ein Zylinderelement 128, das in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 angeordnet ist. Das Zylinderelement 128 umfasst ein röhrenförmiges Element 129, das verschiebbar in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 angeordnet ist und teilweise aus deren unterem Ende 119 hinaus ragt, einen Kranz 130, der an dem röhrenförmigen Element 129 außerhalb des Befestigungskörpers 105 befestigt ist, und ein Vorspannelement 131, in dieser Ausführungsform eine Druckfeder, zum Vorspannen des röhrenförmigen Elements 129 nach außen von dem Befestigungskörper 105. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Aufgabe des Zylinderelements 128, für den manuellen Betrieb der automatischen Ableitungseinheit 101 zu sorgen, indem das röhrenförmige Element 129 in den Befestigungskörper 105 gepresst wird.
Das röhrenförmige Element 129 enthält eine Durchgangsbohrung 132, die sich von einem, seinem oberen Ende 133 zu dem anderen, seinem unteren Ende 134 erstreckt, wobei bei Betätigung der automatischen Ableitungseinheit 101 Flüssigkeit durch diese Bohrung 132 an die Atmosphäre oder ein geeignetes Sammelgefäß abgegeben wird.
Das röhrenförmige Element 129 umfasst einen ersten Hauptabschnitt 135, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen derselbe ist wie der Innendurchmesser des dritten mittleren Abschnitts 122 der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105, so dass er einen engen Gleitsitz darin hat. Der Hauptabschnitt 135 enthält eine ringförmige Nut 136 in seiner äußeren Oberfläche, wobei die Nut 136 eine ringförmige Dichtung 137 enthält, um eine fluiddichte Dichtung zwischen dem Zylinderelement 129 und dem Befestigungskörper 105 aufrechtzuerhalten.
Das röhrenförmige Element 129 enthält des Weiteren einen zweiten Kopfabschnitt 138 an seinem oberen Ende 133, der einen größeren Außendurchmesser als sein Hauptabschnitt 135 hat, wobei der Außendurchmesser des Kopfabschnitts 138 im Wesentlichen derselbe ist wie der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 120 der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105, so dass er einen engen Gleitsitz darin hat. Der Kopfabschnitt 138 definiert eine Auflagefläche 139 an seiner äußeren Oberfläche an der Verbindung mit dem Hauptabschnitt 135, wobei die Auflagefläche 139 auf der ersten Auflagefläche 125 in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 liegt, wenn das röhrenförmige Element 129 nach unten in eine Richtung von dem unteren Ende 119 des Befestigungskörpers 105 gespannt wird, und das Entweichen des röhrenförmigen Elements 129 von dem Befestigungskörper 105 verhindert. Der Kopfabschnitt 138 enthält des Weiteren eine ringförmige Nut 140 in seiner inneren Oberfläche, die einen oberen Bereich der Bohrung 132 definiert, wobei die Nut 140 eine ringförmige Dichtung 141, in dieser Ausführungsform eine ringförmige Lippendichtung, enthält.
Das röhrenförmige Element 129 enthält des Weiteren einen dritten Endabschnitt 142 an seinem unteren Ende 134, an dem der Kranz 130 sitzt und durch den Flüssigkeit an die Atmosphäre oder ein geeignetes Gefäß abgegeben wird. Der Endabschnitt 142 hat einen kleineren Außendurchmesser als der Hauptabschnitt 135 und definiert eine Auflagefläche 143 an seiner äußeren Oberfläche an der Verbindung mit dem Hauptabschnitt 135, wobei der Kranz 130 auf der Auflagefläche 143 liegt. Der Endabschnitt 142 enthält eine ringförmige Nut 145 in seiner äußeren Oberfläche zur Aufnahme einer Klemme 147 zum Befestigen des Kranzes 130 an dem röhrenförmigen Element 129 in Auflage mit der Auflagefläche 143. Das Vorspannelement 131 ist zwischen der zweiten Auflagefläche 127 an dem Befestigungskörper 105 und dem Kranz 130 angeordnet, um das röhrenförmige Element 129 in eine Richtung nach unten, nach außen von dem Befestigungskörper 105 zu spannen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren ein Hauptgehäuse 151, das an dem oberen Ende 115 des Befestigungskörpers 105 befestigt, in dieser Ausführungsform festgeklemmt, ist.
Das Hauptgehäuse 151 enthält einen ersten, sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 153 an einer, seiner unteren Oberfläche 155, wobei der Flansch 153 an dem oberen Ende 115 des Befestigungskörpers 105 befestigt, in dieser Ausführungsform festgeklemmt, ist. Der Flansch 153 enthält mehrere Öffnungen 157 zur Bildung eines Fluidverbindungsweges zu dem oberen Ende 133 des röhrenförmigen Elements 129.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren einen zweiten sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 159, der neben dem Umfang der anderen, seiner oberen Oberfläche 161 angeordnet ist und sich von diesem erstreckt, wobei der Flansch 159 teilweise eine Referenzkammer 163 definiert, die in Fluidverbindung mit der Druckgasversorgung steht, wie in der Folge ausführlicher besprochen wird. Der Flansch 159 enthält eine Öffnung 164, um einen Fluidverbindungsweg zu bilden.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine ringförmige Nut 165 in seiner äußeren Umfangsfläche, wobei die Nut 165 eine ringförmige Dichtung 166 zur Bildung einer fluiddichten Dichtung mit einer äußeren Hülse 205 enthält, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine axial verlaufende Kolbenbohrung 173, die axial mit dem röhrenförmigen Element 129 des Zylinderelements 128 ausgerichtet ist und sich von dem unteren Ende des ersten Flansches 153 an seiner unteren Oberfläche 155 nach innen erstreckt.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren einen dritten, sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 261, der sich von seiner oberen Oberfläche 161 erstreckt und koaxial mit dem zweiten Flansch 159 ist. Der dritte Flansch 261 enthält einen ersten und zweiten separaten Fluidkanal 263, 265 in seiner inneren Oberfläche. Der erste Kanal 263 erstreckt sich axial entlang der gesamten Länge der inneren Oberfläche des dritten Flansches 261. Der zweite Kanal 265 erstreckt sich axial von dem inneren Ende zu einem Punkt im Wesentlichen in der Mitte entlang der Länge der inneren Oberfläche des dritten Flansches 261.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine Fluidleitung 267, die das innere Ende der Kolbenbohrung 173 strömungstechnisch mit dem zweiten Kanal 265 in dem dritten Flansch 261 verbindet.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Kolbeneinheit 177, die gleitfähig sowohl in dem röhrenförmigen Element 129 des Zylinderelements 128 als auch in der Kolbenbohrung 173 in dem Hauptgehäuse 151 angeordnet ist. Die Kolbeneinheit 177 und die ringförmige Dichtung 141 in dem Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 stellen gemeinsam ein Auslassventil bereit, das betätigbar ist, um die Filterschale 107 zur Atmosphäre oder zu einem geeigneten Sammelgefäß zu entleeren und die Abgabe gesammelter Flüssigkeit unter der Wirkung des Systemdrucks zu ermöglichen.
Die Kolbeneinheit 177 enthält einen Kolbenkopf 179 an einem, dem unteren Ende 181, der einen Außendurchmesser hat, der derart gestaltet ist, dass eine fluiddichte Dichtung mit der inneren Oberfläche der ringförmigen Dichtung 141 im Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 gebildet wird.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren einen Antriebskolben 183 an dem anderen, ihrem oberen Ende 184, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Kolbenbohrung 173 in dem Hauptgehäuse 151 ist, so dass er mit einem engen Gleitsitz darin sitzt. Der Antriebskolben 183 enthält eine ringförmige Nut 186 in seiner äußeren Oberfläche, wobei die Nut 186 eine ringförmige Dichtung 187 zur Bereitstellung einer fluiddichten Dichtung zwischen der Kolbenbohrung 173 und dem Antriebskolben 183 enthält.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren einen Kolbenschaft 189, der einen kleineren Außendurchmesser als der Kolbenkopf 179 hat und den Kolbenkopf 179 mit dem Antriebskolben 183 verbindet. Der Außendurchmesser des Kolbenschafts 189 ist derart, dass ein ringförmiger Spalt um diesen bereitgestellt wird, wenn er in der ringförmigen Dichtung 141 in dem Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 sitzt.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren eine Durchgangsbohrung 191, die als Ausströmpfad dient, so dass die Kolbeneinheit 177 in die geschlossene, nicht betätigte Position zurückkehren kann, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird. Die Bohrung 191 enthält einen ersten Abschnitt 193 mit einem ersten, sehr kleinen Innendurch messer an ihrem unteren Ende 181, wobei der Abschnitt 193 so dimensioniert ist, dass er dem hindurchgehenden Fluidstrom einen hohen Widerstand bietet, aber dennoch eine Ausströmfunktion bereitstellt. Die Bohrung 191 enthält des Weiteren einen zweiten, mittleren Abschnitt 195 mit einem zweiten Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 193 ist. Die Bohrung 191 enthält einen dritten Abschnitt 197 an ihrem oberen Ende 184, der einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 195 hat und eine Auflagefläche 199 an der Verbindung mit diesem definiert. Der dritte Abschnitt 197 enthält ein Vorspannelement 201, in dieser Ausführungsform eine Druckfeder, das auf der Auflagefläche 199 und dem inneren Ende der Kolbenbohrung 173 liegt, so dass die Kolbeneinheit 177 nach außen gespannt wird. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Aufgabe des Vorspannelements 201, die Kolbeneinheit 177 in die betätigte Position zu treiben, wenn kein Systemdruck vorhanden ist, wodurch für eine Entleerung der Filtervorrichtung 103 beim Abschalten des Systems gesorgt wird.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren erste und zweite koaxiale Hülsen 203, 205, in dieser Ausführungsform zylindrische Hülsen, die am Umfang des Hauptgehäuses 151 befestigt sind und eine Fluidleitung 207 definieren, die als Schnorchel dient und die Öffnung 164 in dem Flansch 159 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151, und somit die Referenzkammer 163, mit einer Stelle verbindet, die sich an einer vorbestimmten Höhe über der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 befindet und eine Höhe in der Filterschale 107 über dem maximal möglichen Flüssigkeitspegel in dieser darstellt.
Die innere Hülse 203 enthält einen nach innen gerichteten Umfangsflansch 209 an einem, ihrem unteren Ende 211, der auf dem zweiten Flansch 159 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 angeordnet und dicht an diesem be festigt ist. Die innere Hülse 203 enthält des Weiteren mehrere nach außen ragende Vorsprünge 213, die jeweils ein Durchgangsloch 215 aufweisen, die an einer Position zu der anderen Seite des Flansches 209 angeordnet sind und Flüssigkeitsüberführöffnungen bereitstellen.
Die äußere Hülse 205 ist eine fluiddichte Dichtung am Umfang des Hauptgehäuses 151, die dicht mit der Dichtung 166 in dessen äußerer Umfangsfläche in Eingriff steht, und enthält mehrere Öffnungen 217, die mit den Vorsprüngen 213 an der inneren Hülse 203 ausgerichtet sind.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Ventilhülse 271, in dieser Ausführungsform ein röhrenförmiges Element, das aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet ist, die dicht in dem dritten Flansch 261 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 sitzt. Die Ventilhülse 271 enthält eine erste, zweite und dritte Fluidleitung 273, 275, 277, die sich radial durch sie hindurch erstrecken und so angeordnet sind, dass die erste und zweite Leitung 273, 275 strömungstechnisch mit dem ersten Fluidkanal 263 in dem dritten Flansch 261 verbunden sind, und die dritte Fluidleitung 277 strömungstechnisch mit dem zweiten Fluidkanal 265 in dem dritten Flansch 261 verbunden ist.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Paddelvorrichtung 219, die gemeinsam mit der Ventilhülse 271 ein Auslöseventil zum Betätigen des Auslassventils bildet. Wie in der Folge offensichtlich wird, ist das Auslöseventil in dem Sinn druckausgeglichen, dass die axialen und radialen Druckkräfte ausgeglichen sind.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst eine Paddeleinheit 220, die ein Paddelelement 221, in dieser Ausführungsform ein kreisförmiges Element mit einer teilsphärischen oberen Oberfläche, umfasst, das in der Öffnung angeordnet ist, die durch den Flansch 209 an der inneren Hülse 203 definiert wird, und einen sich axial erstreckenden Stift 281, der axial von der Mitte der anderen, unteren Oberfläche des Paddelelements 221 absteht. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Paddeleinheit 220 zwischen einer ersten, geschlossenen oder nicht betätigten Position (wie in 11 dargestellt) und einer zweiten, offenen oder betätigten Position (wie in 13 dargestellt) bewegbar.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst des Weiteren eine Spule 283, die an dem Stift 281 der Paddeleinheit 220 befestigt ist und einen Außendurchmesser aufweist, der derart ist, dass ein minimaler Zwischenraum, vorzugsweise weniger als 0,05 mm, mit der inneren Oberfläche der Ventilhülse 271 gebildet wird, um einen wesentlichen Verlust durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177 und somit aus der Filtervorrichtung 103 zu verhindern. Die Spule 283 enthält eine ringförmige Nut 285 in ihrer äußeren Oberfläche, die so positioniert und gestaltet ist, dass sie nur mit der ersten Fluidleitung 273 in der Ventilhülse 271 strömungstechnisch verbunden ist, wenn die Paddeleinheit 220 sich in der ersten geschlossenen Position befindet, und mit der ersten und dritten Fluidleitung 273, 277 in der Ventilhülse 272 strömungstechnisch verbunden ist, wenn sich die Paddeleinheit 220 in der zweiten, offenen Position befindet.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst des Weiteren ein Vorspannelement 287, in dieser Ausführungsform eine leichte Druckfeder, das zwischen der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 und der Paddeleinheit 220 angeordnet ist, und dazu dient, die Paddeleinheit 220 in die geschlossene, nicht betätigte Position zu spannen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Membran 229, die dicht an dem Flansch 209 an der inneren Hülse 203 befestigt ist und teilweise die Referenzkammer 163 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 umschließt. Die Membran 229 ist ein Dünnfilm, der eine ausreichende Übergröße aufweist, so dass sie schlaff und flexibel ist, und für eine direkte Kraftübertragung des darüber liegenden Gewichts der gesammelten Flüssigkeit auf das darunter angeordnete Paddelelement 221 sorgt. In dieser Ausführungsform wird die Membran 229 vorgeformt, so dass sie eine nach oben konvexe Form einnimmt, wenn das Paddelelement 221 von unten auf sie wirkt (wie in 11 dargestellt), und der Kontur des Paddelelements 221 folgt, wenn sich die Paddeleinheit 220 in der betätigten Position befindet (wie in 13 dargestellt). Zu geeigneten Materialien für die Membran 229 zählen PEEBAX Polyamid/Polyether MX1205 SN 01 und BF GOODRICH Estane 58887 + 5% 58236, mit typischen Dicken von 30 und 50 μm. Die Fluidverbindung zu der Referenzkammer 163 erfolgt nur durch die Öffnung 164 in dem sich axial erstreckenden Flansch 159 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151. Wie zuvor beschrieben wurde, ist die Öffnung 164 im Flansch 159 strömungstechnisch mit der Fluidleitung 207 verbunden, die sich an einer Höhe über dem maximalen Pegel der Flüssigkeit öffnet, die in der Filterschale 107 gesammelt werden kann. Bei dieser Konstruktion befindet sich die Referenzkammer 163 unter Systemdruck und ist von der gesammelten Flüssigkeit getrennt.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine perforierte Platte 235, die über der Membran 229 an dem Flansch 209 an der inneren Hülse 203 angeordnet ist. Die Platte 235 enthält mehrere kleine Öffnungen, die dazu dienen, eine direkte Belastung der Membran 229 mit großen Flüssigkeitsmassen zu verhindern, die häufig beim Einschalten des Systems entstehen. Die Platte 235 wird von einer ringförmigen Federklemme 237 gehalten, die mit der inneren Oberfläche der inneren Hülse 203 in Eingriff steht.
In der Folge wird nun der Betrieb der automatischen Ableitungseinheit 101 unter Bezugnahme auf 11 bis 15 der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In einem ersten Zustand, der in 11 dargestellt ist, befindet sich die Filtervorrichtung 103 bei dem Systemdruck und enthält keine Flüssigkeit. In diesem Zustand sind das Auslöseventil und das Auslassventil geschlossen. Die Paddeleinheit 220 des Auslöseventils wird durch das Vorspannelement 287, das dazu dient, die Paddeleinheit 220 in die geschlossene Position zu spannen, gehalten, wenn der Systemdruck gleichermaßen auf die obere und untere Oberfläche der Membran 229 ausgeübt wird. Die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils wird durch Ausüben des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in der geschlossenen Position gehalten.
Wie in 12 dargestellt, wird die Filterschale 107 bei Verwendung zunehmend mit Flüssigkeit gefüllt, die von der Filtervorrichtung 103 aus dem Druckgasstrom abgetrennt wurde. In einem teilweise gefüllten Zustand sind das Auslöse- und Auslassventil noch geschlossen. Die Paddeleinheit 220 des Auslöseventils wird durch die darüber liegende Flüssigkeitssäule belastet, aber die Vorspannkraft des Vorspannelements 287 ist größer als die Belastungskraft der Flüssigkeitssäule und die Paddeleinheit 220 wird in der geschlossenen Position gehalten. Die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils wird durch Ausüben des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in der geschlossenen Position gehalten.
Wenn der Flüssigkeitspegel einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, wie in 13 dargestellt, wird das Auslöseventil durch die Abwärtsbewegung der Paddeleinheit 220 in die betätigte Position betätigt. Die Paddeleinheit 220 wird durch die Last der Flüssigkeitssäule nach unten bewegt, die auf das Paddelelement 221 durch die Membran 229 wirkt, wobei sie die Spannkraft des Vorspannelements 287 übersteigt. Mit der Paddeleinheit 220 in der betätigten Position verbindet die ringförmige Nut 285 in der Spule 283 strömungstechnisch die erste und dritte Fluidleitung 273, 277 in der Ventilhülse 271. Wenn das Auslöseventil soeben geöffnet wurde, strömt Gas aus der Referenzkammer 163 zu der Kolbenbohrung 173, wodurch der Druck in der Referenzkammer 163 in Bezug auf jenen in der Hauptkammer gesenkt wird. Diese momentane Druckverringerung wird rasch durch den Gasstrom durch die Fluidleitung 207 ausgeglichen, aber für ihre Dauer ist die Wirkung, einen Impuls auf die Membran 229 auszuüben, um die Paddeleinheit 220 weiter in die offene Position zu spannen. Diese wünschenswerte positive Rückkopplung verbessert den Ventilöffnungsvorgang.
Fast sofort, wie in 14 dargestellt, wird die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils durch Einleiten des Systemdrucks in die Fluidleitung 267 und das Ausüben des Systemdrucks auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in die offene, betätigte Position getrieben. In dieser Ausführungsform ist die Nettokraft, die auf die Kolbeneinheit 177 wirkt, die durch die Beiträge der Kraft des elastischen Elements 201 und der Kraft des Systemdrucks, der auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 und die freiliegende Oberfläche des Kolbenkopfs 179 wirkt, ausgeglichen durch die Kraft des Systemdrucks, der auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 wirkt, und den Verlust durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177, erreicht wird, derart, dass die Kolbeneinheit 177 in die offene, betätigte Position getrieben wird und das Auslassventil öffnet. Mit der Kolbeneinheit 177 in der offenen Position wird ein ringförmiger Spalt zwischen der Kolbeneinheit 177 und der ringförmigen Dichtung 141 in dem röhrenförmigen Element 129 gebildet, der eine explosive Abgabe der gesammelten Flüssigkeit durch das röhrenförmige Element 129 zur Atmosphäre oder einem geeigneten Sammelgefäß ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf 15 fällt unmittelbar nach dem Betrieb des Auslassventils der Druck in der Hauptkammer deutlich aufgrund des raschen Stroms des Druckgases von der Filtervorrichtung 103. Obwohl die Drücke in der Hauptkammer und der Referenzkammer 163 ziemlich rasch ausgeglichen werden, legt das Druckdifferenzial einen Impuls an die Membran 229 an, der derart ist, dass die Membran 229 in die erhöhte Position zurückgestellt wird, wodurch die Paddeleinheit 220 unter der Spannung des Vorspannelements 287 in die geschlossene Position zurückkehren kann. Um eine Beschädigung der Membran 229 zu vermeiden, sollte die Fluidleitung 207 eine Leitfähigkeit haben, die ausreichend ist, um der Referenzkammer 163, die im Vergleich zu der Hauptkammer klein ist, einen raschen Druckausgleich zu ermöglichen.
Infolge des Verschlusses des Auslöseventils wird der Systemdruck nicht mehr länger an die Fluidleitung 267 und somit auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 angelegt, und die Kolbeneinheit 177 kehrt durch die übersteuernde Wirkung des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in die geschlossene, nicht betätigte Position zurück. Bei der Rückkehr des Antriebskolbens 183 in die geschlossene Position gibt es eine gewisse Verzögerung, und für diesen Zeitraum der Verzögerung wird weiterhin gesammelte Flüssigkeit abgegeben. Diese Verzögerung wird hauptsächlich durch die Leitfähigkeit des Druckgases durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177 von der Kolbenbohrung 173 an der hinteren Oberfläche des Antriebskolbens 183 bestimmt.
Mit der Kolbeneinheit 177 in der geschlossenen Position werden das Auslöse- und Auslassventil geschlossen und der Zyklus wird dann wiederholt, während weitere Flüssigkeit in der Filterschale 107 gesammelt wird.
16 bis 22 zeigen eine automatische Ableitungseinheit 101 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einer Filtervorrichtung 103 eingebaut ist.
Die Filtervorrichtung 103 enthält eine Filterschale 107, die eine Gewindeöffnung 109 in ihrem Boden enthält.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst einen Befestigungskörper 105 der an der Filterschale 107 befestigt ist.
Der Befestigungskörper 105 enthält einen Gewindeabschnitt 111 an seiner äußeren Oberfläche für eine Schraubverbindung mit der Gewindeöffnung 109 in der Filterschale 107, und einen nach außen gerichteten Flansch 113 an einem, seinem oberen Ende 115. Der Flansch 113 definiert eine Auflagefläche 116 für eine ringförmige Dichtung 117, die um den Befestigungskörper 105 angeordnet ist und eine Dichtung zwischen dem Befestigungskörper 105 und der Filterschale 107 bildet.
Der Befestigungskörper 105 enthält eine mittlere Durchgangsbohrung 118, die sich von seinem oberen Ende 115 zu seinem anderen unteren Ende 119 erstreckt. Die Bohrung 118 enthält einen ersten Abschnitt 120 mit einem ersten Innendurchmesser an ihrem oberen Ende 115, einen zweiten Abschnitt 121 mit einem zweiten Innendurchmesser an ihrem unteren Ende 119 und einen dritten Abschnitt 122 mit einem dritten Innendurchmesser zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 120, 121. Der dritte, mittlere Abschnitt 122 hat einen kleineren Innendurchmesser als der erste und zweite Abschnitt 120, 121 und definiert erste und zweite Auflageflächen 125, 127 an den entsprechenden Verbindungen mit diesen, die entsprechenden der oberen und unteren Enden 115, 119 des Befestigungskörpers 105 gegenüberliegen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren ein Zylinderelement 128, das in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 angeordnet ist. Das Zylinderelement 128 umfasst ein röhrenförmiges Element 129, das gleitfähig in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 angeordnet ist und teilweise aus deren unterem Ende 119 hinaus ragt, einen Kranz 130, der an dem röhrenförmigen Element 129 außerhalb des Befestigungskörpers 105 befestigt ist, und ein Vorspannelement 131, in dieser Ausführungsform eine Druckfeder, zum Vorspannen des röhrenförmigen Elements 129 nach außen von dem Befestigungskörper 105. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Aufgabe des Zylinderelements 128, für den manuellen Betrieb der automatischen Ableitungseinheit 101 zu sorgen, indem das röhrenförmige Element 129 in den Befestigungskörper 105 gepresst wird.
Das röhrenförmige Element 129 enthält eine Durchgangsbohrung 132, die sich von einem, seinem oberen Ende 133 zu dem anderen, seinem unteren Ende 134 erstreckt, wobei bei Betätigung der automatischen Ableitungseinheit 101 Flüssigkeit durch diese Bohrung 132 an die Atmosphäre oder ein geeignetes Sammelgefäß abgegeben wird.
Das röhrenförmige Element 129 umfasst einen ersten Hauptabschnitt 135, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen derselbe ist wie der Innendurchmesser des dritten mittleren Abschnitts 122 der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105, so dass er einen engen Gleitsitz darin hat. Der Hauptabschnitt 135 enthält eine ringförmige Nut 136 in seiner äußeren Oberfläche, wobei die Nut 136 eine ringförmige Dichtung 137 enthält, um eine fluiddichte Dichtung zwischen dem Zylinderelement 129 und dem Befestigungskörper 105 aufrechtzuerhalten.
Das röhrenförmige Element 129 enthält des Weiteren einen zweiten Kopfabschnitt 138 an seinem oberen Ende 133, der einen größeren Außendurchmesser als sein Hauptabschnitt 135 hat, wobei der Außendurchmesser des Kopfabschnitts 138 im Wesentlichen derselbe ist wie der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 120 der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105, so dass er einen engen Gleitsitz darin hat. Der Kopfabschnitt 138 definiert eine Auflagefläche 139 an seiner äußeren Oberfläche an der Verbindung mit dem Hauptabschnitt 135, wobei die Auflagefläche 139 auf der ersten Auflagefläche 125 in der Bohrung 118 in dem Befestigungskörper 105 liegt, wenn das röhrenförmige Element 129 nach unten in eine Richtung von dem unteren Ende 119 des Befestigungskörpers 105 gespannt wird, und das Entweichen des röhrenförmigen Elements 129 von dem Befestigungskörper 105 verhindert. Der Kopfabschnitt 138 enthält des Weiteren eine ringförmige Nut 140 in seiner inneren Oberfläche, die einen oberen Bereich der Bohrung 132 definiert, wobei die Nut 140 eine ringförmige Dichtung 141, in dieser Ausführungsform eine ringförmige Lippendichtung, enthält.
Das röhrenförmige Element 129 enthält des Weiteren einen dritten Endabschnitt 142 an seinem unteren Ende 134, an dem der Kranz 130 sitzt und durch den Flüssigkeit an die Atmosphäre oder ein geeignetes Gefäß abgegeben wird. Der Endabschnitt 142 hat einen kleineren Außendurchmesser als der Hauptabschnitt 135 und definiert eine Auflagefläche 143 an seiner äußeren Oberfläche an der Verbindung mit dem Hauptabschnitt 135, wobei der Kranz 130 auf der Auflagefläche 143 liegt. Der Endabschnitt 142 enthält eine ringförmige Nut 145 in seiner äußeren Oberfläche zur Aufnahme einer Klemme 147 zum Befestigen des Kranzes 130 an dem röhrenförmigen Element 129 in Auflage mit der Auflagefläche 143. Das Vorspannelement 131 ist zwischen der zweiten Auflagefläche 127 an dem Befestigungskörper 105 und dem Kranz 130 angeordnet, um das röhrenförmige Element 129 in eine Richtung nach unten, nach außen von dem Befestigungskörper 105 zu spannen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren ein Hauptgehäuse 151, das an dem oberen Ende 115 des Befestigungskörpers 105 befestigt, in dieser Ausführungsform festgeklemmt, ist.
Das Hauptgehäuse 151 enthält einen ersten, sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 153 an einer, seiner unteren Oberfläche 155, wobei der Flansch an dem oberen Ende 115 des Befestigungskörpers 105 befestigt, in dieser Ausführungsform festgeklemmt, ist. Der Flansch 153 enthält mehrere Öffnungen 157 zur Bildung eines Fluidverbindungsweges zu dem oberen Ende 133 des röhrenförmigen Elements 129.
Das Hauptgehäuse 151 umfasst des Weiteren eine ringförmige Aussparung 291 am Umfang seiner anderen, oberen Oberfläche 161 zur Aufnahme einer inneren Hülse 203, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine Drehstütze 167 zum Stützen einer Paddeleinheit 220, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren einen Ventilblock 293, der sich an seiner oberen Oberfläche 161 befindet und sich radial zu seiner Längsachse erstreckt. Der Ventilblock 293 enthält eine Aussparung 294, die sich an seinem einen Ende neben der Drehstütze 167 befindet, einen Ventilsitz 295, der in der Basis der Aussparung 294 angeordnet ist, und eine Kolbenbohrung 297, von welcher ein Ende mit dem Ventilsitz 295 in Fluidverbindung steht und das andere Ende am anderen Ende des Ventilblocks 293 offen ist.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine ringförmige Nut 165 in seiner äußeren Umfangsfläche, wobei die Nut 165 eine ringförmige Dichtung 166 zur Bildung einer fluid dichten Dichtung mit einer äußeren Hülse 205 enthält, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine axial verlaufende Kolbenbohrung 173, die axial mit dem röhrenförmigen Element 129 des Zylinderelements 128 ausgerichtet ist und sich von dem unteren Ende des ersten Flansches 153 an seiner unteren Oberfläche 155 nach innen erstreckt.
Das Hauptgehäuse 151 enthält des Weiteren eine Fluidleitung 299, die das innere Ende der Kolbenbohrung 173 mit dem Ventilsitz 295 strömungstechnisch verbindet.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Kolbeneinheit 177, die gleitfähig sowohl in dem röhrenförmigen Element 129 des Zylinderelements 128 als auch in der Kolbenbohrung 173 in dem Hauptgehäuse 151 angeordnet ist. Die Kolbeneinheit 177 und die ringförmige Dichtung 141 in dem Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 stellen gemeinsam ein Auslassventil bereit, das betätigbar ist, um die Filterschale 107 zur Atmosphäre oder zu einem geeigneten Sammelgefäß zu entleeren und die Abgabe gesammelter Flüssigkeit unter der Wirkung des Systemdrucks zu ermöglichen.
Die Kolbeneinheit 177 enthält einen Kolbenkopf 179 an einem, dem unteren Ende 181, der einen Außendurchmesser hat, der derart gestaltet ist, dass eine fluiddichte Dichtung mit der inneren Oberfläche der ringförmigen Dichtung 141 im Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 gebildet wird.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren einen Antriebskolben 183 an dem anderen, ihrem oberen Ende 184, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Kolbenbohrung 173 in dem Trägerkörper 151 ist, so dass er mit einem engen Gleitsitz darin sitzt. Der Antriebskolben 183 enthält eine ringförmige Nut 186 in seiner äußeren Oberfläche, wobei die Nut 186 eine ringförmige Dichtung 187 zur Bereitstellung einer fluiddichten Dichtung zwischen der Kolbenbohrung 173 und dem Antriebskolben 183 enthält.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren einen Kolbenschaft 189, der einen kleineren Außendurchmesser als der Kolbenkopf 179 hat und den Kolbenkopf 179 mit dem Antriebskolben 183 verbindet. Der Außendurchmesser des Kolbenschafts 189 ist derart, dass ein ringförmiger Spalt um diesen bereitgestellt wird, wenn er in der ringförmigen Dichtung 141 in dem Kopfabschnitt 138 des röhrenförmigen Elements 129 sitzt.
Die Kolbeneinheit 177 enthält des Weiteren eine Durchgangsbohrung 191, die als Ausströmpfad dient, so dass die Kolbeneinheit 177 in die geschlossene, nicht betätigte Position zurückkehren kann, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird. Die Bohrung 191 enthält einen ersten Abschnitt 193 mit einem ersten, sehr kleinen Innendurchmesser an ihrem unteren Ende 181, wobei der Abschnitt 193 so dimensioniert ist, dass er dem hindurchgehenden Fluidstrom einen hohen Widerstand bietet, aber dennoch eine Ausströmfunktion bereitstellt. Die Bohrung 191 enthält des Weiteren einen zweiten, mittleren Abschnitt 195 mit einem zweiten Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 193 ist. Die Bohrung 191 enthält einen dritten Abschnitt 197 an ihrem oberen Ende 184, der einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 195 hat und eine Auflagefläche 199 an der Verbindung mit diesem definiert. Der dritte Abschnitt 197 enthält ein Vorspannelement 201, in dieser Ausführungsform eine Druckfeder, das auf der Auflagefläche 199 und dem inneren Ende der Kolbenbohrung 173 liegt, so dass die Kolbeneinheit 177 nach außen gespannt wird. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, ist die Aufgabe des Vorspannelements 201, die Kolbeneinheit 177 in die offene, betätigte Position zu treiben, wenn kein Systemdruck vorhanden ist, wodurch für eine Entleerung der Filtervorrichtung 103 beim Abschalten des Systems gesorgt wird.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren erste und zweite koaxiale Hülsen 203, 205, in dieser Ausführungsform zylindrische Hülsen, die am Umfang des Hauptgehäuses 151 befestigt sind und eine Fluidleitung 207 definieren, die als Schnorchel dient und eine Referenzkammer 319 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird, mit einer Stelle strömungstechnisch verbindet, die sich an einer vorbestimmten Höhe über der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 befindet und eine Höhe in der Filterschale 107 über dem maximal möglichen Flüssigkeitspegel in dieser darstellt.
Die innere Hülse 203 sitzt dicht in der Umfangsaussparung 291 in der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151. Die innere Hülse 203 enthält einen nach innen gerichteten Umfangsflansch 209 neben einem, ihrem unteren Ende 211, eine Öffnung 303, die zwischen ihrem unteren Ende 211 und dem Flansch 209 liegt und einen Fluidverbindungsweg zu der Fluidleitung 207 bildet, die durch die Hülsen 203, 205 definiert ist, und mehrere nach außen ragende Vorsprünge 213, die jeweils ein Durchgangsloch 215 aufweisen, die an einer Position zu der anderen Seite des Flansches 209 angeordnet sind und Flüssigkeitsüberführöffnungen bereitstellen.
Die äußere Hülse 205 ist eine fluiddichte Dichtung um den Umfang des Hauptgehäuses 151, die dicht mit der Dichtung 166 in dessen äußerer Umfangsfläche in Eingriff steht, und enthält mehrere Öffnungen 217, die mit den Vorsprüngen 213 an der inneren Hülse 203 ausgerichtet sind.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Paddelvorrichtung 219, die gemeinsam mit dem Ventilsitz 295 ein Auslöseventil zum Betätigen des Auslassventils bildet. Wie in der Folge offensichtlich wird, ist das Auslöseventil in dem Sinn druckausgeglichen, dass die axialen und radialen Druckkräfte ausgeglichen sind.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst eine Paddeleinheit 220, die ein Paddelelement 221, in dieser Ausführungsform ein kreisförmiges Element mit einer teilsphärischen oberen Oberfläche, umfasst, das in der Öffnung angeordnet ist, die durch den Flansch 209 an der inneren Hülse 203 definiert wird, und ein Armelement 223, das sich von der Umfangskante an der anderen, unteren Oberfläche des Paddelelements 221 erstreckt. Das Armelement 223 enthält einen Drehzapfen 225, der mit der Drehstütze 167 an dem Hauptgehäuse 151 in Eingriff steht, so dass dieser zwischen einer ersten, nicht betätigten Position (wie in 18 dargestellt) und einer betätigten Position (wie in 20 dargestellt) gedreht werden kann.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst des Weiteren eine Dichtungsventileinheit 305, die ein Kolbenstangenelement 307 umfasst, das gleitfähig in der Kolbenbohrung 297 in dem Ventilblock 293 angeordnet ist und sich durch den Ventilsitz 295 erstreckt, und ein Ventilfußelement 309, das an das Armelement 223 der Paddeleinheit 220 gekoppelt ist.
Das Kolbenstangenelement 307 umfasst einen Kolben 311, der gleitfähig in der Kolbenbohrung 297 angeordnet ist, und eine Verbindungsstange 313, die mit dem Ventilfußelement 209 verbunden ist.
Das Ventilfußelement 309 enthält des Weiteren einen Ventilfuß 315, in dieser Ausführungsform einen Weichpolymerfuß, der so gestaltet ist, dass er an dem Ventilsitz 295 angeordnet ist, wenn sich die Paddeleinheit 220 in der ge schlossenen, nicht betätigten Position befindet, und dadurch die Fluidleitung 299 zu dem Systemdruck schließt, und von dem Ventilsitz 295 abgehoben wird, um eine Fluidverbindung zwischen der Fluidleitung 299 und dem Systemdruck herzustellen, wenn sich die Paddeleinheit 220 in der offenen, betätigten Position befindet.
Das Ventilfußelement 309 enthält des Weiteren einen Verbindungsarm 316, der mit dem Armelement 223 der Paddeleinheit 220 verbunden ist.
Die Paddelvorrichtung 219 umfasst des Weiteren ein Vorspannelement 228, in dieser Ausführungsform eine leichte Blattfeder, das an dem Ventilblock 293 des Hauptgehäuses 151 befestigt ist und auf das Paddelelement 221 an einem Punkt gegenüber dem Armelement 223 wirkt, um das Paddelelement 221 in die geschlossene, nicht betätigte Position zu spannen.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine Membran 229, die dicht an dem Flansch 209 an der inneren Hülse 203 befestigt ist und teilweise die Referenzkammer 319 an der oberen Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 umschließt. In dieser Ausführungsform wird die Membran 229 von einem ringförmigen Element 320 gehalten. Die Membran 229 ist ein Dünnfilm, der eine ausreichende Übergröße aufweist, so dass sie schlaff und flexibel ist, und für die direkte Kraftübertragung des darüber liegenden Gewichts der gesammelten Flüssigkeit auf das darunter angeordnete Paddelelement 221 sorgt. In dieser Ausführungsform wird die Membran 229 vorgeformt, so dass sie eine nach oben konvexe Form einnimmt, wenn das Paddelelement 221 von unten auf sie wirkt (wie in 4 dargestellt), und der Kontur des Paddelelements 221 folgt, wenn dieses in die betätigte Position bewegt wird (wie in 20 dargestellt). Zu geeigneten Materialien für die Membran 229 zählen PEEBAX Polyamid/Polyether MX1205 SN 01 und BF GOODRICH Estane 58887 + 5% 58236, mit typischen Dicken von 30 und 50 μm. Die Fluidverbindung zu der Referenzkammer 319 erfolgt nur durch die Öffnung 303 in der inneren Hülse 203. Wie zuvor beschrieben wurde, ist die Öffnung 303 strömungstechnisch mit der Fluidleitung 207 verbunden, die sich an einer Höhe über dem maximalen Pegel der Flüssigkeit öffnet, die in der Filterschale 107 gesammelt werden kann. Bei dieser Konstruktion befindet sich die Referenzkammer 319 unter Systemdruck und ist von der gesammelten Flüssigkeit getrennt.
Die automatische Ableitungseinheit 101 umfasst des Weiteren eine perforierte Platte 235, die über der Membran 229 an dem Flansch 209 an der inneren Hülse 203 angeordnet ist. Die Platte 235 enthält mehrere kleine Öffnungen, die dazu dienen, eine direkte Belastung der Membran 229 mit großen Flüssigkeitsmassen zu verhindern, die häufig beim Einschalten des Systems entstehen. Die Platte 235 wird von einer ringförmigen Federklemme 237 gehalten, die mit der inneren Oberfläche der inneren Hülse 203 in Eingriff steht.
In der Folge wird nun der Betrieb der automatischen Ableitungseinheit 101 unter Bezugnahme auf 18 bis 22 der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In einem ersten Zustand, der in 18 dargestellt ist, befindet sich die Filtervorrichtung 103 bei dem Systemdruck und enthält keine Flüssigkeit. In diesem Zustand sind das Auslöseventil und das Auslassventil geschlossen. Die Paddeleinheit 220 des Auslöseventils wird durch das Vorspannelement 317 in der geschlossenen Position gehalten, das zum Spannen der Paddeleinheit 220 in die geschlossene Position dient, wenn der Systemdruck gleichermaßen auf die obere und untere Oberfläche der Membran 229 ausgeübt wird. Die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils wird durch Ausüben des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in der geschlossenen Position gehalten.
Wie in 19 dargestellt, wird die Filterschale 107 bei Verwendung zunehmend mit Flüssigkeit gefüllt, die von der Filtervorrichtung 103 aus dem Druckgasstrom abgetrennt wurde. In einem teilweise gefüllten Zustand sind das Auslöse- und Auslassventil geschlossen. Die Paddeleinheit 220 des Auslöseventils wird durch die darüber liegende Flüssigkeitssäule belastet, aber die Spannkraft des Vorspannelements 317 ist größer als die Belastungskraft der Flüssigkeitssäule und die Paddeleinheit 220 wird in der geschlossenen Position gehalten. Die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils wird durch Ausüben des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in der geschlossenen Position gehalten.
Wenn der Flüssigkeitspegel einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, wie in 20 dargestellt, wird das Auslöseventil betätigt, indem die Paddeleinheit 220 geschwenkt wird, die auf das Kolbenstangenelement 307 wirkt, um den Ventilfuß 315 aus dem Ventilsitz 295 zu heben. Das Schwenken der Paddeleinheit 220 wird durch die Last der darüber liegenden Flüssigkeitssäule verursacht, die die Spannkraft des Vorspannelements 317 übersteigt. Wenn das Auslöseventil soeben geöffnet wurde, strömt Gas aus der Referenzkammer 319 zu der Kolbenbohrung 173, wodurch der Druck in der Referenzkammer 319 in Bezug auf jenen der Hauptkammer gesenkt wird. Diese momentane Druckverringerung wird rasch durch den Gasstrom durch die Fluidleitung 207 ausgeglichen, aber für ihre Dauer ist die Wirkung, einen Impuls auf die Membran 229 auszuüben, um die Paddeleinheit 220 weiter in die offene Position zu spannen. Diese wünschenswerte positive Rückkopplung verbessert den Ventilöffnungsvorgang.
Fast sofort, wie in 21 dargestellt, wird die Kolbeneinheit 177 des Auslassventils durch Einleiten des Systemdrucks in die Fluidleitung 299 und das Ausüben des System drucks auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in die offene Position getrieben. In dieser Ausführungsform ist die Nettokraft, die auf die Kolbeneinheit 177 wirkt, die durch die Beiträge der Kraft des elastischen Elements 201 und der Kraft des Systemdrucks, der auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 und die freiliegende Oberfläche des Kolbenkopfs 179 wirkt, ausgeglichen durch die Kraft des Systemdrucks, der auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 wirkt, und den Verlust durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177, erreicht wird, derart, dass die Kolbeneinheit 177 in die offene, betätigte Position getrieben wird und das Auslassventil öffnet. Mit der Kolbeneinheit 177 in der offenen Position wird ein ringförmiger Spalt zwischen der Kolbeneinheit 177 und der ringförmigen Dichtung 141 in dem röhrenförmigen Element 129 gebildet, der eine explosive Abgabe der gesammelten Flüssigkeit durch das röhrenförmige Element 129 zur Atmosphäre oder einem geeigneten Sammelgefäß ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf 22 fällt unmittelbar nach dem Betrieb des Auslassventils der Druck in der Hauptkammer deutlich aufgrund des raschen Stroms des Druckgases von der Filtervorrichtung 103. Obwohl die Drücke in der Hauptkammer und der Referenzkammer 319 ziemlich rasch ausgeglichen werden, legt das Druckdifferenzial einen Impuls an die Membran 229 an, der derart ist, dass die Membran 229 in die erhöhte Position zurückgestellt wird, wodurch die Paddeleinheit 220 unter der Spannung des Vorspannelements 317 in die geschlossene Position zurückkehren kann. Um eine Beschädigung der Membran 229 zu vermeiden, sollte die Fluidleitung 207 eine Leitfähigkeit haben, die ausreichend ist, um der Referenzkammer 319, die im Vergleich zu der Hauptkammer klein ist, einen raschen Druckausgleich zu ermöglichen.
Infolge des Verschlusses des Auslöseventils wird der Systemdruck nicht mehr länger an die Fluidleitung 299 und somit auf die obere, hintere Oberfläche des Antriebskolbens 183 angelegt, und die Kolbeneinheit 177 kehrt durch die übersteuernde Wirkung des Systemdrucks auf die untere, vordere Oberfläche des Antriebskolbens 183 in die geschlossene Position zurück. Bei der Rückkehr des Antriebskolbens 183 in die geschlossene Position gibt es eine gewisse Verzögerung, und für diesen Zeitraum der Verzögerung wird weiterhin gesammelte Flüssigkeit abgegeben. Diese Verzögerung wird hauptsächlich durch die Leitfähigkeit des Druckgases durch die Bohrung 191 in der Kolbeneinheit 177 von der Kolbenbohrung 173 an der oberen, hinteren Oberfläche des Antriebskolbens 183 bestimmt.
Mit der Kolbeneinheit 177 in der geschlossenen Position werden das Auslöse- und Auslassventil geschlossen und der Zyklus wird dann wiederholt, während weitere Flüssigkeit in der Filterschale 107 gesammelt wird.
Schließlich ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde und auf viele verschiedene Weisen modifiziert werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, Abstand zu nehmen.
In einer Modifizierung kann die zuvor beschriebene, zweite Ausführungsform auch in einer unausgeglichenen Form ausgeführt werden, das heißt, in einer nicht druckausgeglichenen Form, als einfaches Schieberventil. Während viele äquivalente Geometrien denkbar sind, könnte diese Modifizierung erreicht werden, indem die Spule 283 weggelassen, der Durchmesser des Stifts 281 der Paddeleinheit 281 vergrößert wird, so dass er einen engen Gleitsitz in der Bohrung der Ventilhülse 271 hat, und eine Fluidleitung radial durch den Stift 281 bereitgestellt wird. Es werden auch planare Schieberventile in Betracht gezogen. In einer Ausführungs form könnte der Stift 182 ein T-förmiges Querschnittsprofil haben und zum Öffnen und Schließen der dritten Fluidleitung 277 bei Betätigung der Paddeleinheit 220 ausgebildet sein. Wie offensichtlich ist, müssen unausgeglichene Schieberventile Reibungswirkungen überwinden, die zum Beispiel zwischen dem Stift 281 und der Ventilhülse 271 entstehen. Bei geringen Lasten ist der Reibungskoeffizient vieler Materialien gegen eine gut behandelte PTFE-Oberfläche etwa 0,1.
In einer anderen Modifizierung kann die dritte beschriebene Ausführungsform als einfaches Tellerventil ohne Druckausgleich wie in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ausgeführt sein, mit einer geeigneten Anpassung, um den notwendigen mechanischen Vorteil, für gewöhnlich mindestens 4:1, um den Drehzapfen 225 zu erreichen.
In allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen wurden leichte Federn als Vorspannelemente für den Ausgleich des Gewichts der Paddeleinheit 220 verwendet. In der zuvor beschriebenen ersten und dritten Ausführungsform kann das Vorspannen durch die Bereitstellung einer geeigneten Masse an der Paddeleinheit 220 nahe dem Ventilfuß erreicht werden, die als Gegengewicht dient.
Zusätzlich könnte der Gasdruck zum Ausgleichen des Gewichts der Paddeleinheit 220 verwendet werden. Zum Beispiel könnten in der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform die Durchmesser der zwei Dichtungsauflagen der Ventilspule 283 leicht unterschiedlich sein und in der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform könnte der Durchmesser des druckausgleichenden Kolbens 311 etwas größer als die Ventilöffnung am Ventilsitz 295 sein. Dies würde aus dem Gleichgewicht befindliche Kräfte erzeugen, die zum Systemdruck direkt proportional wären. Zum Beispiel könnten bei einem Systemdruck von 1 barg die Dimensionen so gewählt werden, dass eine Nettokraft von 1 g erzeugt wird. Die automatische Öffnung des Auslöseventils bei einem Systemdruck von Null aufgrund des Gewichts der Paddeleinheit 220 ist vorteilhaft.
Ebenso könnten in der zweiten beschriebenen Ausführungsform mehrere Blattfedern, die um die obere Oberfläche 161 des Hauptgehäuses 151 angeordnet sind, als Vorspannelement 287 verwendet werden, die jeweils den Umfang des Paddelelements 221 stützen. Zum Beispiel ergäben vier Federn, jeweils mit einer Vorpresskraft von 0,5 g, einen Ausgleich von 2 g, wodurch garantiert ist, dass das Gewicht der Paddeleinheit 220 gleichmäßig um ihren Umfang gestützt wird. Dies würde die lineare Bewegung der Paddeleinheit 220 unterstützen.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen könnten kleine Permanentmagnete verwendet werden, um das Auslöseventil bei jedem Systemdruck in die geschlossene Position zu ziehen. Zum Beispiel könnte ein Magnet in dem Hauptgehäuse 151 eingebettet sein und eine korrosionsgeschützte ferromagnetische Komponente könnte in der Paddeleinheit 220 befestigt sein. Unter Nutzung der Anziehungskraft könnte eine anfängliche Ausgangstrennung gewählt werden, die eine angemessene Kraft erzeugt, um das Gewicht der Paddeleinheit 220 auszugleichen, ohne übermäßige Erhöhung oder Verringerung, wenn das Auslöseventil vollständig offen ist.
In diesem Dokument werden Drücke unter Verwendung der Einheiten von bar angegeben, wobei 1 bar = 105 N/m² ist. Wenn auf den Absolutdruck Bezug genommen wird, das heißt, bezogen auf Vakuum, wird die Bezeichnung bara verwendet. Wenn auf den relativen Druck Bezug genommen wird, bezogen auf den Atmosphärendruck, das heißt, Manometerdruck, wird die Bezeichnung barg verwendet. Zum Beispiel ist ein relativer Druck von 7 barg etwa gleich einem Absolutdruck von 8 bar, da der Atmosphärendruck um den mittleren Meereshöhendruck (1,013 bara) nur um einige Prozent schwankt. Wenn es angebracht ist, wird die Einheit mbar verwendet, wobei 1 mbar = 0,001 bar ist.

Claims

Automatische Ableitungseinheit (1) für ein Druckgasversorgungssystem, umfassend: eine erste Hauptkammer (24) mit einem Flüssigkeitssammelreservoir (27); eine zweite Referenzkammer (25); ein Auslassventil (35), das zur Abgabe gesammelter Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitssammelreservoir (27) betätigbar ist; einen Auslösemechanismus zur Betätigung des Auslassventils (35); eine Membran (23), die zumindest teilweise das Flüssigkeitssammelreservoir (27) und die Referenzkammer (25) definiert, wobei die Membran (23) so gestaltet ist, dass sie unter dem Gewicht der Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitssammelreservoir (27) gesammelt ist, bewegbar ist und den Auslösemechanismus betätigt, wenn das Gewicht der gesammelten Flüssigkeit einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet; und eine Fluidleitung (41), die die Referenzkammer (25) strömungstechnisch mit einer Stelle in der Hauptkammer (24) oberhalb des maximal möglichen Flüssigkeitspegels in dieser verbindet.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Membran schlaff und imstande ist, sich unter Belastung frei zu bewegen.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Membran eine Dicke von nicht mehr als etwa 50 μm hat.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Auslösemechanismus ein Auslöseventil zur Betätigung des Auslassventils umfasst, wobei das Auslöseventil betätigt wird, wenn das Gewicht der gesammelten Flüssigkeit einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 4, wobei das Auslöseventil eine Paddeleinheit enthält, die ein Paddelelement umfasst, das der Membran benachbart angeordnet ist, so dass die Membran auf dieses wirkt, wenn sich Flüssigkeit in dem Flüssigkeitssammelreservoir ansammelt, wobei die Paddeleinheit zwischen einer ersten, nicht betätigten Position und einer zweiten, betätigten Position bewegbar ist.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 5, wobei die der Membran benachbarte Oberfläche des Paddelelements eine konvexe Oberfläche ist.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 6, wobei die der Membran benachbarte Oberfläche des Paddelelements eine teilsphärische Oberfläche ist.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Auslöseventil ein Vorspannelement zum Vorspannen der Paddeleinheit in die erste Position enthält.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Paddeleinheit schwenkbar gehalten wird, so dass sie geschwenkt wird, wenn das Gewicht der Flüssigkeit, das auf das Paddelelement wirkt, einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 9, wobei die Paddeleinheit einen Ventilfuß zum Öffnen oder Schließen eines Ventilsitzes trägt.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 9, wobei das Auslöseventil des Weiteren eine Abdichtungsventileinheit enthält, die an die Paddeleinheit gekoppelt ist, wobei die Abdichtungsventileinheit einen Kolben und einen daran montierten Ventilfuß zum Öffnen oder Schließen eines Ventilsitzes enthält.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Paddeleinheit axial bewegbar ist, so dass sie axial bewegt wird, wenn das Gewicht der Flüssigkeit, das auf das Paddelelement wirkt, einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 12, wobei die Paddeleinheit eine Spule enthält, die gleitfähig in einer Ventilhülse angeordnet ist, wobei die Spule in der Ventilhülse zwischen einer betätigten und einer nicht betätigten Position bewegbar ist.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei das Auslöseventil druckausgeglichen ist.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Fluidleitung eine ringförmige Leitung umfasst.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend ein ringförmiges Element, das einen Hohlraum definiert und die Fluidleitung an seinem Umfang enthält.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 16, wobei das ringförmige Element erste und zweite koaxiale röhrenförmige Abschnitte unterschiedlicher seitlicher Dimensionen umfasst, wobei die Fluidleitung dazwischen definiert ist.
Automatische Ableitungseinheit nach Anspruch 16 oder 17, wobei sich die Membran seitlich über den Hohlraum erstreckt.
Automatische Ableitungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Druckgasversorgungssystem ein pneumatisches Versorgungssystem ist.
Filtervorrichtung, die die automatische Ableitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 enthält.