DE9106982U1 - Steuervorrichtung zum Steuern eines Sekundärstroms, abhängig von einem Primärstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Sekundärstroms eines fließfähigen Mediums abhängig von einem Primärstrom eines fließfähigen Mediums mit einem Primärleitungsabschnitt, der ein von dem Primärstrom beaufschlagtes bewegliches Steuerglied umfaßt, und einem davon gesonderten Sekundärleitungsabschnitt, der ein mit dem Steuerglied verbundenes Stellglied enthält.

Die Vorrichtung ist vornehmlich für Kraftstoff-Zapfanlagen vorgesehen, die eine Absaugleitung für die bei der Befüllung eines Tanks verdrängte, kraftstoffgesättigte Luft aufweist. Solche Absaugleitungen enthalten ein Ventil, das abhängig von der Betankungsleistung zu steuern ist. Wenn das Tankventil geschlossen ist und demzufolge der Kraftstoffstrom ruht, soll dieses Ventil geschlossen sein. Bei vollem Kraftstoffstrom

soll es voll geöffnet sein. Bei Teilleistung ist eine annähernd proportionale Verstellung erwünscht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine solche Steuerung des Ventils in der Absaugleitung. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Steuerung eines SekundärStroms proportional zu einem damit zu mischenden Primärstrom in der Verfahrenstechnik.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Steuerung eines in der Absaugleitung einer Kraftstoff-Zapfanlage befindlichen Ventils (Gebrauchsmuster 87 17 378) ist in der Primärstromleitung als Steuerglied eine Drosselklappe vorgesehen, die so gelagert ist, daß sie durch den von ihr im Primärstrom erzeugten Widerstand je nach Strömungsgeschwindigkeit verstellt wird und die mit einer entsprechenden Drosselklappe als Stellglied in der Absaugleitung verbunden ist. Da aber Strömungswiderstände in der Zapfleitung äußerst unerwünscht sind, ist auch eine Drosselklappe, deren Funktionieren auf einem solchen Strömungswiderstand beruht, unerwünscht. - Bekannt ist es ferner, in der Zapfleitung eine Venturidüse anzuordnen und mit deren Hilfe ein von der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs abhängiges Drucksignal zu schaffen, das wiederum ein Stellglied für das Ventil in der Absaugleitung betätigt (US-PS 4 256 151, US-PS 4 273 164). Jedoch führt dies zu verhältnismäßig aufwendigen Konstruktionen.

Die Erfindung will eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art schaffen, die solche Nachteile nicht aufweist. Sie erreicht dies dadurch, daß das Steuerglied einen Teil einer die Richtung des Primärstroms umlenkenden Wandung des Primärleitungsabschnitts bildet.

Diese Maßnahme hat zur Folge, daß das Steuerglied bzw. der Teil des Steuerglieds, der an der Bildung der umlenkenden Wandung des Primärleistungsabschnitts beteiligt ist, von dem mit der Richtungsänderung des Primärstroms verbundenen Impuls belastet ist. Die Größe der dadurch hervorgerufenen Kraft ist bei rechtwinkliger Umlenkung gleich dem Produkt aus der

Mediumsdichte, der Querschnittsfläche und dem Geschwindigkeitsquadrat. Dieses Produkt ist doppelt so groß wie der aus der Bernoullischen Gleichung sich ergebende dynamische Druckanteil, der für den Widerstand der in den Strömungsquerschnitt hineinragenden Drosselklappe des Standes der Technik maßgebend ist.

Somit erreicht die Erfindung nicht nur die Beseitigung des durch die Drosselklappe hervorgerufenen Strömungswiderstands, sondern auch eine Vergrößerung der für die Steuerungsfunktion zur Verfügung gestellten Kraft. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Kraft stabiler ist als der von Strömungsinstabilitäten abhängige Widerstand der Drosselklappe.

Zwar ist es bekannt (DE-AS 1 011 764), eine in einer Umlenkung angeordnete Klappe als Betätigungseinrichtung für einen Schieber zu benutzen. Jedoch befindet sich dieser nicht in einem gesonderten Sekundärleitungsabschnitt, sondern in derselben Hauptleitung und er steuert nicht einen vom Primärstrom gesonderten Sekundärstrom, sondern öffnet und schließt einen vom Hauptstrom abgezweigten Bypass, wobei keine Steuerung stattfindet. Die Bypass-Strömung ist nämlich unabhängig von dem Öffnungsgrad des Schiebers und ist stets die Differenz zwischen der in die Hauptleitung von einer Pumpe eingespeisten und der mittels eines Zapfventils daraus entnommenen Fördermenge. Die bekannte Vorrichtung läßt daher nicht die Vorteile erkennen, die die Verwendung eines eine Umlenkung bildenden Steuerglieds für eine Steuerungsanordnung hat, in welcher der gesteuerte Sekundärstrom durch die jeweilige Stellung des Steuerglieds bestimmt wird.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird der Primärleitungsabschnitt von einem T-Rohrstück gebildet, das von dem Primärstrom von einer Seite des Kopfstücks zum Abzweig durchströmt ist, wobei das Steuerglied in der anderen Seite des Kopfstücks angeordnet ist. Jedoch kommen auch andere Ausführungen der Umlenkung für die erfindungsgemäßen Zwecke in

Betracht, beispielsweise ein 180-Grad-Krümmer, der beweglich, insbesondere über Balgrohre, mit den übrigen Rohrleitungsteilen verbunden ist und dessen von dem Umlenkungsimpuls herrührende Reaktionskraft oder Verschiebung gemessen werden kann. Sehr vorteilhaft sind auch symmetrische Strömungsanordnungen, weil sich dabei die auf das Steuerglied ausgeübten seitlichen Kräfte neutralisieren. Zum Beispiel kann man den Primärstrom in einem Kreuzstück um je 90° nach entgegengesetzten Seiten hinabströmen lassen oder man verwendet für eine 180°-Umlenkung eine Anordnung, die einen Topf und einen koaxial in dem Topf gegenüber dem Boden des Topfs mündendes Tauchrohr umfaßt, so daß die Umlenkung allseits räumlich stattfindet, das Steuerglied wird in diesem Fall im Boden des Topfs angeordnet oder mit dem beweglich angeordneten Topf verbunden. Die Umlenkungswinkel können von den erwähnten Werten 90 bzw. 180° abweichen, insbesondere wenn dies im Hinblick auf die Leitungsführung Vorteile bietet.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Darin zeigen: Fig. 1 eine Ausführung mit 180-Grad-Krümmer Fig. 2 die schematische Anordnung eines Steuerschiebers in

einem T-Stück und
Fig. 3 die Ausführung des in Fig. 2 angedeuteten Prinzips unter Verwendung von Bälgen.

Gemäß Fig. 1 werden die Leitungsabschnitte 1 und 2 einer Kraftstoffleitung durch einen 180-Grad-Krümmer 3 unter Zwischenschaltung von längs nachgiebigen Kupplungsstücken 4, 5 verbunden. Der bei der Richtungsänderung im Primärstrom entstehende Impuls wird von dem Krümmer 3 aufgenommen. Die Größe der auf den Krümmer übertragenen Kraft beträgt 2 &khgr; Mediumsdichte &khgr; Leitungsquerschnitt &khgr; Mediumsgeschwindig-

keit . Der Krümmer 3, der in Längsrichtung durch die schematisch bei 6 und 7 angeordneten Organe geführt ist, wird durch eine Feder 8 gegen die Impulskraft abgestützt und ist in dem

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dargestellten Beispiel unmittelbar mit einem Schieber 9 verbunden, der mit einem Schiebergehäuse 10 zusammenwirkt, das einen Sekundärrohrleitungsabschnitt 11 bildet, der durch den Schieber 9 und die darin befindliche Schieberöffnung 12 verschlossen bzw. geöffnet werden kann. Selbstverständlich könnte der Schieber 9 auch über ein Hebelgestänge oder dergleichen mit dem Krümmer 3 verbunden sein, dessen Übersetzungsverhältnis entsprechend der gewünschten Steuerungsgesetzmäßigkeit gewählt ist.

Solange das Medium in der Primärleitung nicht fließt, wirkt auf den Krümmer 3 lediglich der statische Druck, der in diesem Beispiel als konstant vorausgesetzt wird. Die Schieberöffnung 12 befindet sich dann außerhalb des Bereichs des Sekundärleitungsabschnitts 11; die Sekundärleitung ist somit verschlossen. Bei vollem Primärstrom wirkt auf den Krümmer 3 eine Impulskraft, die entgegen der Wirkung der Feder 8 die Schieberöffnung 12 in fluchtende Übereinstimmung mit dem Sekundärleitungsabschnitt 11 bringt und dadurch die Sekundärleitung vollständig öffnet. Entsprechende Zwischenwerte stellen sich ein, wenn die Geschwindigkeit des Primärstroms zwischen Null und dem Maximum liegt. Man erkennt, daß diese Steuervorrichtung außerordentlich einfach, wirksam und störungsfrei ausgeführt werden kann und daher für Zapfvorrichtungen besonders geeignet ist. Das gilt auch für die folgenden Beispiele.

Gemäß Fig. 2 bildet ein T-Stück 15 durch den linken Teil 16 seines Kopfstücks und durch den Abzweig 17 einen Primärleitungsabschnitt mit der durch Pfeil angedeuteten Strömungsrichtung. In dem rechten Teil 18 des Kopfstücks befindet sich ein kolbenartiger Schieber 19, der von einer Feder 20 abgestützt ist. Der Raum 21 hinter dem Schieber ist über eine Leitung mit der Primärleitung derart verbunden, daß der statische Druck der Primärleitung in den Raum 21 übertragen wird. Demnach heben sich die statischen Drücke, die auf die Stirnfläche 23 und die Rückfläche 24 des Schiebers 19 wirken, auf. Die Einstellung ist so vorgenommen, daß die Stirnfläche 23 des

Schiebers 19 dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Primärstroms Null ist, etwa mit der Wandung des T-Stück-Abzweigs 17 fluchtet. Jedoch kann es auch Vorteile haben, wenn diese fluchtende Lage bei der Sollgeschwindigkeit (Maximalgeschwindigkeit) des Primärstroms erreicht wird. Schließlich ist es auch möglich, daß die Stirnfläche 23 gegenüber den Wandungen des Abzweigs 17 zurückgesetzt ist, so daß der Umlenkungsimpuls von dem eigentlichen Umlenkungsbereich auf die Stirnfläche 23 durch eine dazwischen befindliche Flüssigkeitssäule übertragen wird. In jedem Falle ist es zweckmäßig, wenn die Fläche 23 des Steuerglieds, die als Teil der Wandung des Primärleitungsabschnitts an der Bildung der Umlenkung für den Primärstrom beteiligt ist, dem an die Umlenkung herangeführten Primärstrom entgegengerichtet ist. Der Schieber 19 enthält eine Schieberöffnung 25, die zusammenwirkt mit dem Sekundär-Rohrleitungsabschnitt 26 der in einem Schiebergehäuse 27 ausgebildet ist. Er ist gegenüber dem Schiebergehäuse 27 durch leichtgängige Dichtungen 28 gewünschtenfalls abgedichtet.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung gleicht derjenigen, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde mit der Ausnahme, daß der statische Druck in der Primärstromleitung kompensiert ist und sich diese Ausführung daher besonders auch für diejenigen Fälle eignet, in denen der statische Druck in solcher Weise variiert, daß seine Einwirkung auf die Ventileinstellung unerwünscht ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung folgt dem unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Prinzip. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder wirkungsgleiche Teile.

Der Schieber besitzt einen vorderen Teller 30 und einen hinteren Teller 31, die durch eine Stange 32 verbunden sind, die die Schieberöffnung 25 enthält und als Schieber mit dem Schiebergehäuse 27 zusammenwirkt. Die Abdichtung des Schiebers gegenüber dem Schiebergehäuse wird durch Bälge 33 und 34

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bewirkt, die eine reibungsfreie Funktion gewährleisten. Sie können auch eine gewisse Federkraft beinhalten, durch die ggf. der Einsatz der Feder 20 unnötig wird. Trotzdem kann es zweckmäßig sein, eine solche Feder 20 einzusetzen, um in Verbindung mit einer nicht dargestellten, auf die Feder wirkenden Einstellschraube die Justierung der Vorrichtung zu ermöglichen.

Die zwischen den Bälgen 3 3 bzw. 34 und dem umgebenen Gehäuserohr befindlichen Räume 35, 36 sind durch eine Bohrung 37 (in der Zeichnung in um 90° gedrehter Lage dargestellt) miteinander verbunden. Diese Ausführung ist dann zweckmäßig, wenn der Teller 30 so groß im Verhältnis zu der Umlenkung ausgebildet ist, daß an seinem Rand ein vom Umlenkungsimpuls schon weitgehend unabhängiger, dem statischen Druck nahekommender Druck herrscht. Stattdessen kann der Raum 36 auch in solcher Weise, wie es in Fig. 2 angedeutet ist, mit einer Stelle verbunden werden, an der lediglich der statische Druck wirkt. Auch kann der Druck durch eine in der Stange 32 vorgesehene Längsbohrung übertragen werden.

Da die bewegten Teile in der Ausführung gemäß Fig. 3 praktisch hysteresefrei ausgebildet werden können und Störungen durch äußere Einwirkungen oder Verschmutzungen entzogen sind, versprechen sie einen störungsfreien Betrieb.

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Claims (7)

Schutzansprüche

1. Steuervorrichtung zum Steuern eines Sekundärstroms eines fließfähigen Mediums abhängig von einem Primärstrom eines fließfähigen Mediums mit einem Primärleitungsabschnitt (1, 2, 3; 16, 17) der ein von dem Primärstrom beaufschlagtes, bewegliches Steuerglied (3, 19, 30) umfaßt, und einem davon gesonderten Sekundärleitungsabschnitt (11, 26), der ein mit dem Steuerglied verbundenes Stellglied (9, 19, 32) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied einen Teil (3, 23) einer die Richtung des Primärstroms umlenkenden Wandung des Primärleitungsabschnitts bildet.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Umlenkung hin führende Teil (16) der Primärleitung auf das Steuerglied (19, 30) gerichtet ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärleitungsabschnitt (16, 17) von einem T-Rohrstück (15) gebildet ist, das von dem Primärstrom von einer Seite (16) des Kopfstücks zum Abzweig (17) durchströmt ist, und daß das Steuerglied (19, 30) in der anderen Seite (18) des Kopfstücks angeordnet ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Teil der Wandung des Primärleitungsabschnitts bildende Teil (23) des Steuerglieds (3, 19, 30) mit einem Schieber (9, 19, 32) verbunden ist, der gegenüber einem Schiebergehäuse (10, 27) abgedichtet ist und mit diesem das Stellglied für den Sekundärstrom bildet.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber mit einer Kolbenfläche (24) verbunden ist, die dem einen Teil der Wandung des Primärleitungsabschnitts bildenden Teil (23) des Steuerglieds (19, 30) entgegengerichtet ist und von dem statischen Druck in der Primärleitung beaufschlagt ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (8, 20) vorgesehen ist, die an dem Steuerglied dem Impuls des Primärstroms entgegenwirkt.

7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des einen Teil der Wandung des Primärleitungsabschnitts, des Schieber und/oder des Kolbens gegenüber der übrigen Wandung der Primärleitung und/oder dem Schiebergehäuse Bälge (33, 34) vorgesehen sind.