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Anwendungsgebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Druckreduzierventil, wie es im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 definiert ist. Es wird hauptsächlich in
der häuslichen
und industriellen Wasserversorgung eingesetzt, kommt aber auch generell
für nichtaggressive
Flüssigkeiten und
Gase in Betracht. Eine typische gewerbliche Anwendung sind auch
Pressluftnetze. Druckreduzierventile haben die Funktion, den höheren Druck
auf dem primärseitigen
Verteilnetz auf einen optimalen Druck für den sekundärseitigen
Abnehmerstrang zu reduzieren. Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer der
Installation, die Sekundärseite
wird mit einem geregelten, konstanten Druck versorgt und vor zu
hohem Druck geschützt.
Zugleich wird die Geräuschentwicklung
auf einem Minimum gehalten und der Verbrauch des Mediums gesenkt.
Weitverbreitet und international vielfach zur Norm erhoben, ist
der Einsatz von Druckreduzierventilen in Hauswasser-Versorgungsanlagen,
wo man das Verteilernetz im Haus mit vermindertem Druck betreibt,
während
der Aussenbereich – z.B.
für die
Gartenbewässerung – mit dem
vollen Primärdruck
beaufschlagt ist.
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Stand der Technik
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Man
unterscheidet Sitz- und Schieberventile. Bei Sitzventilen wird ein
Ventilteller mit einer Flachdichtung – zumeist aus Gummi – gegen
einen Ventilsitz – zumeist
aus Chromstahl – bewegt.
Die Druckentlastung wird konstruktiv dadurch realisiert, dass man
einen mit dem Dichtkegel direkt verbundenen Kolben vorsieht, wodurch
zwei zumindest annähernd gleich
grosse Flächen
mit Primärdruck
beaufschlagt werden und sich die ergebenden Kräfte gegenseitig kompensieren.
Die Druckentlastung macht das Druckreduzierventil gegen Primärdruckschwankungen
unempfindlich. Bei Schieberventilen hat ein Schieber die Funktion
des beweglichen Teiles, das gegen eine Flachdichtung bewegt wird.
Die Druckentlastung des Schiebers ergibt sich dadurch, dass sich
die aus der Druckbeaufschlagung auf die Dichtkante bzw. auf die
diametrale Stirnseite des Schiebers resultierenden Kräfte gegenseitig
aufheben, d.h. die beiderseits wirksamen Flächen weisen die gleiche Grösse auf.
Jede Primärdruckschwankung
kompensiert sich in ihrer Wirkung auf den Schieber selbst und verfälscht somit
nicht den eingestellten Sollwert für die Sekundärseite.
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Ein
solches Schieberventil mit einer vereinfachten Gehäusestruktur
und einer vormontierbaren, leicht auswechselbaren Filtereinheit
ist aus der
DE 24 07
223 C2 bekannt. Der rohrförmige, aus Kunststoff bestehende
Schieber besitzt zur Halterung der Ventilspindel zentrisch zulaufende
Rippen. Die Ventilspindel führt
durch zwei koaxial, hintereinander angeordnete Dichtungen in den
Sekundärraum
und setzt hier zentrisch an der Steuermembran an. Diese dynamisch
beanspruchten Spindeldichtungen sind einem Verschleiss ausgesetzt.
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Aufgabe der Erfindung
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Zusammenfassend
bleibt festzustellen, dass die bis dato bekannten Druckreduzierventile
allesamt nicht als vollauf befriedigend angesehen werden können. Der
Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Ventilanordnung
mit wesentlich erhöhter Standzeit
zu schaffen, ohne den konstruktiven Aufwand vergrössern zu
müssen.
Die bisherigen Vorteile bei Schieberventilen mit relativ einfacher
Gehäusestruktur
bei unten ansetzbarer, auf einfache Weise vorzubauender Feinfiltereinheit
sollen dabei erhalten bleiben. Zu beachten ist ferner eine kompakte,
möglichst
raumsparende Bauweise bei hervorragenden Leistungsparametern und
minimaler Geräuschentwicklung.
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Wesen der Erfindung
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Die
prinzipielle Lösung
der Erfindung besteht darin, dass zumindest zwei Ventilspindeln
in Form von Distanzelementen vorgesehen sind, welche sich im Niederdruckbereich,
d.h. auf der Sekundärseite innerhalb
des Druckreduzierventils befinden. Diese Distanzelemente stellen
eine starre Verbindung zwischen einer Membran und einem Schieber
her. Von einer Seite wirkt zumindest eine Feder auf die Membran – über die
Feder erfolgt die Sollwerteinstellung – und die andere Seite der
Membran wird vom sekundärseitigen
Druck beaufschlagt. Bei einer Deformation der eingespannten Membran ändert sich
die Stellung des Schiebers, wodurch sich ein Durchlassspalt für das von
der Primärseite
auf die Sekundärseite nachströmende Medium,
zwischen dem Schieber und einer Dichtung – von einem Nullwert bis zu
einer maximalen Öffnungsweite – einstellt.
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Dank
der Erfindung steht nun ein weniger reparaturbedürftiges Druckreduzierventil
zur Verfügung,
wo keine Dichtung um eine Ventilspindel erforderlich ist, welche
den höheren
Druck im Versorgungsnetz gegenüber
dem reduzierten Druck im Abnehmernetz abdichten muss. Mittels einer
kombinierten Federanordnung von zwei koaxial ineinandergeschobenen,
Schraubenfedern mit unterschiedlichen Kennlinien für die Sollwerteinstellung,
wird die Bauhöhe
des Druckreduzierventils erheblich vermindert, und durch Einsetzen
von nur einer Feder lässt
sich eine von drei wählbaren
Druckstufen einstellen. Das Druckreduzierventil besitzt sehr gute
Leistungsparamter und ist auch hinsichtlich der Zugänglichkeit des
Filters servicefreundlich.
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Zeichnungen und Ausführungsbeispiel
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Anhand
der beiliegenden Zeichnungen erfolgt nachstehend die detaillierte
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemässen Druckreduzierventils,
wobei abschliessend mögliche Modifikationen
erwähnt
werden. Es zeigen:
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1:
einen Vertikalschnitt durch das Druckreduzierventil mit geschlossenem
Schieber;
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2:
die Ansicht gemäss 1 mit
geöffnetem
Schieber und
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3:
eine zweigeteilte Ansicht gemäss
den 1 und 2 mit geschlossener linker Hälfte und geöffneter
rechter Hälfte.
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Für die gesamte
weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur
zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber
im unmittelbar zuge hörigen
Beschreibungstext nicht erläutert,
so wird auf deren Erwähnung
in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen. Im Interesse
der Übersichtlichkeit
wird auf die wiederholte Bezeichnung von Bauteilen in nachfolgenden
Figuren zumeist verzichtet, sofern zeichnerisch eindeutig erkennbar
ist, dass es sich um "wiederkehrende" Bauteile handelt.
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1
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Das
Druckreduzierventil besitzt ein Gehäuse 1 mit dem horizontal
ansetzenden Einlassstutzen 10 und dem gegenüberliegenden
Auslassstutzen 11. Nach unten erstreckt sich der Filterraum 12 mit
dem Schraubansatz 13. Nach oben, dem Filterraum 12 gegenüberliegend,
befindet sich der erweiterte Ventilraum 14. Der Übergang
vom Filterraum 12 zum Ventilraum 14 wird von einer
vertikalen Innengewindebohrung 15 gebildet, die nach oben
in einer Schulterauflage 16 mündet. Vom Einlassstutzen 10 kommend,
wird die Strömung
von einer Wandung 17 in den Filterraum 12 geleitet.
Eine Wandung 18 versperrt den direkten Zugang vom Filterraum 12 zum Auslassstutzen 11.
Es gibt also keinen direkten Übergang
vom Einlassstutzen 10 in den Auslassstutzen 11;
die Strömung
muss die Innengewindebohrung 15 passieren. Nach oben schliesst
das Gehäuse 1 mit einem
Schraubansatz 19 ab.
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In
den unteren Schraubansatz 13 ist eine Filtertasse 2 mit
zwischengelegtem, abdichtendem O-Ring 20 eingeschraubt.
In die Filtertasse 2 ist der in den Filterraum 12 ragende
Filter 21 eingesetzt. Unten besitzt die Filtertasse 2 einen
Mehrkant 22 zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels.
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In
die Innengewindebohrung 15 ist eine Buchse 3 eingeschraubt.
Zuoberst besitzt die Buchse 3 einen im Durchmesser erweiterten,
tellerförmigen Flansch 30 mit
einem umfangsseitigen Mehrkant 31 zum Ansetzen eines Werkzeugs.
Durch die Buchse 3 erstreckt sich eine zentrische Bohrung 32 mit
einer radial umlaufenden Nut 33, in welcher ein Dichtungsring 34 sitzt.
Im eingeschraubten Zustand ruht der Flansch 30 auf der
Schulterauflage 16 , wobei zur Abdichtung unter dem Flansch 30 ein
O-Ring 35 eingefügt
ist.
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In
den oberen Schraubansatz 19 ist eine Kappe 4 auf
das Gehäuse 1 aufgeschraubt.
An der Kappenoberseite 40 befindet sich ein Sicherheitsaufkleber 41,
der eine Öffnung 42 verdeckt.
Nach Durchstechen des Sicherheitsaufklebers 41 gelangt
man durch die Öffnung 42 mit
einem Steckschlüssel
an die Einstellschraube 5. Innen besitzt die Kappe 4 unterhalb
der Kappenoberseite 40 liegende Abstandsrippen 43 sowie
seitlich vorgesehene Längsrippen 44.
Auf den Abstandsrippen 43 stützt sich eine zwischen den
Kopf 50 der Einstellschraube 5 und eine auf letztere
aufgeschraubte Mehrkantmutter 6 eingefügte Unterlegscheibe 7 ab.
Auf die Einstellschraube 5 ist ferner ein scheibenförmiger Federteller 8 aufgeschoben,
in dessen profilierter Vertiefung 80 die Mehrkantmutter 6 sitzt
und dessen peripher verteilte Krallen 81 zwischen den Längsrippen 44 gehalten werden,
so dass der Federteller 8 rotationsgesichert ist. Bei Drehen
der Einstellschraube 5 kann man den Federteller 8 somit
in mehr oder weniger grossem Abstand von der Kappenoberseite 40 einstellen.
Unter dem Federteller 8 ist eine erste, äussere Schraubenfeder 9 angeordnet,
wobei in diese eine zweite, innere, schwächere Schraubenfeder 90 eingesetzt ist,
die sich ebenfalls am Federteller 8 abstützt. Beide Federn 9, 90 setzen
auf einem Druckdeckel 100 auf.
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Der
Druckdeckel 100 drückt
unter Spannung der Federn 9, 90 auf den Membrandeckel 200.
Die Baugruppe setzt sich aus dem Membrandeckel 200, der
Mutter 210, der Trägerplatte 220,
der Basisscheibe 230, der Scheibendichtung 240,
dem Schieber 250, den Distanzelementen 260 und
der Membran 270 zusammen.
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Der
Schieber 250 besteht aus einem abwärts gerichteten Rohrstück 251 sowie
einem oben an das Rohrstück 251 angesetzten
scheibenförmigen
Schieberflansch 252. Die Mündung 253 des Rohrstücks 251 überragt
die Oberseite des Schieberflansches 252 geringfügig und
ist konisch angeschrägt,
so dass die radial umlaufende Innenkante des Rohrstücks 251 schneidenartig
ausgebildet ist. Vom Schieberflansch 252 ragen drei stabförmige, jeweils
um 120° versetzte
Distanzelemente 260 zur Unterseite der Trägerplatte 220.
Die Distanzelemente 260 sind sowohl am Schieberflansch 252 als
auch an der Trägerplatte 220 fest
angebracht und halten somit beide parallel beabstandet zueinander.
Ein Distanzelement 260 besteht vorzugsweise aus einer Senkschraube 261,
deren Kopf 262 auf der Oberseite der Trägerplatte 220 versenkt
ist und deren Gewindeschaft 263 in den Schieberflansch 252 eingeschraubt
ist. Der Abstand zwischen dem Schieberflansch 252 und der Trägerplatte 220 wird
durch eine zwischengefügte, auf
den Gewindeschaft 263 aufgeschobene Hülse 264 gehalten.
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Zwischen
den Schieberflansch 252 und die Trägerplatte 220 ist
die Basisscheibe 230 eingefügt. In der Basisscheibe 230 sind
drei zu den Distanzelementen 260 komplementäre Durchbrüche 231 vorgesehen,
so dass die Distanzelemente 260 ungehindert durch die Durchbrüche 231 fahren
können.
An der Unterseite ist auf die Basisscheibe 230 eine Scheibendichtung 240 aufgebracht,
welche der Mündung 253 gegenüberliegt
und so bemessen ist, dass sie die Mündung 253 vollständig abdecken,
d.h. verschliessen kann.
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Zwischen
die Trägerplatte 220 und
den Membrandeckel 200 ist die Membran 270 eingefügt. Von
der Trägerplatte 220 erstreckt
sich ein Gewindezapfen 221 nach oben, durch eine Bohrung 201 im Membrandeckel 200 hindurch.
Auf diesen Gewindezapfen 221 ist die Mutter 210 fest
aufgeschraubt, so dass der Membrandeckel 200 auf die Trägerplatte 220 gedrückt wird
und die Membran 270 dazwischen fixiert ist. Die Membran 270,
mit einer Öffnung 271 zum
Durchtritt des Gewindezapfens 221, ist ein Gummiformteil
mit einer Wulst 272 um den Membrandeckel 200 herum.
Der Aussenrand 273 der Membran 270 ist flach;
dieser liegt auf dem Aussenrand 232 der Basisscheibe 230 auf
und schliesst mit diesem ab. Vorteilhafterweise ist an der Basisscheibe 230, unterhalb
der radial umlaufenden Wulst 272, eine Wulst 233 geringerer
Höhe vorgesehen,
so dass die Membran 270 quasi über diese Wulst 233 gestülpt ist und
die Basisscheibe 230 etwas hält. Die Wulst 272 in
der Membran 270 gewährleistet
die begrenzte, axiale Beweglichkeit der Einheit aus Schieber 250 und der
mit diesem starr verbundenen Trägerplatte 220 und
Membrandeckel 200.
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Im
zusammengebauten Zustand steckt das Rohrstück 251, abdichtend
vom Dichtungsring 34 umgriffen, in der Bohrung 32 der
Buchse 3. Die Basisscheibe 230 sitzt mit ihrem
Aussenrand auf einer am Gehäuse 1,
im Schraubansatz 19 gelegenen Ringschulter 190,
auf. Gemäss
der momentanen, völlig
geschlossenen Stellung des Schiebers 250, ist dieser soweit
in der Höhe
ausgefahren – oberste Endlage –, dass
die Mündung 253 des
Rohrstücks 251 an
die Scheibendichtung 240 ansetzt und damit total verschlossen
wird. Auf den Aussenrand 273 der Membran 270 ist
ein Druckring 280 aufgesetzt. Dieser Druckring 280 besitzt
eine aussen umlaufende Ringschulter 281, die von einer
innen umlaufenden, erhöhten
Kante 282 abgegrenzt ist. Auf die Ringschulter 281 drückt die
Unterkante 45 der in den Schraubansatz 19 eingeschraubten
Kappe 3, so dass der Aussenrand 232 der Basisscheibe 230 auf die
Ringschulter 190 gepresst wird. Der unter der Spannung
der Schraubenfedern 9, 90 stehende Druckdeckel 100 drückt auf
den nach oben hervorstehenden Gewindezapfen 221 bzw. auf
die Mutter 210.
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Ein über den
Einlassstutzen 10 in das Druckreduzierventil einströmendes Medium
würde nach
Passieren des Filters 21 in den Filterraum 14 gelangen,
dem Rohrstück 251 zufliessen
und schliesslich an der die Mündung 253 verschliessenden
Scheibendichtung 240 anstehen. Dieser Zustand stellt sich
ein, wenn der Mediumdruck im sekundärseitigen Entnahmenetz, d.h.
auch im Ventilraum 14, über
dem an der Stellschraube 5 eingestellten Sollwert liegt.
Der sekundärseitige
Mediumdruck wirkt durch die Durchbrüche 231 in der Basisschale 230 auf
die Unterseite der Membran 270. Die Membran 270 hat
das Bestreben, noch oben auszuweichen und zieht dabei den mit der
Membran 270 verbundenen Schieber 250 hoch, bis
die Mündung 253 an
der Scheibendichtung 240 anschlägt. Die der zeit eingestellte
Kraft an den Schraubenfedern 9, 90 – dies entspricht
einem sekundärseitigen
Mediumdruck mit definiertem Sollwert – ist gleich oder geringer
als die vom sekundärseitigen
Mediumdruck auf die Membran 270 wirkende Kraft. In der
Kappe 4 ist ein Entlüftungsloch 46 vorgesehen.
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Gemäss der hier
gezeigten, momentanen Stellung des Schiebers 250 ist dieser
soweit abwärts gefahren – im Prinzip
die unterste Endlage –,
dass die Mündung 253 des
Rohrstücks 251 von
der Scheibendichtung 240 maximal entfernt ist. Der für das Einströmen von
Medium auf die Sekundärseite – direkt
kommunizierend mit dem Ventilraum 14 – freigegebene Durchlassspalt
hat sich damit auch auf seine maximale Weite eingestellt. Jetzt
ist der an der Einstellschraube 5 vorgegebene Sollwert
unterschritten. Unter der Kraft der Schraubenfedern 9, 90 wurde
die Membran 270 gegen den zu schwachen Druck auf der Sekundärseite nach
unten gedrückt
und zugleich der Schieber 250 abwärts bewegt. Ein Maximum an Medium
strömt
durch den Durchlassspalt, um den Unterdruck im Entnahmenetz gegenüber dem
Sollwert zu kompensieren.
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3
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Diese
rein schematische Darstellung bezweckt allein, die unterschiedlichen
Endlagepositionen des Schiebers 250 in der Buchse 3 sowie
der Membran 270 mit den damit zusammenhängenden Bauteilen zu veranschaulichen.
Je nach der Abweichung zum Sollwert stellt sich innerhalb der beiden Endlagepositionen
eine bestimmte Spaltbreite zwischen der Mündung 253 und der
Scheibendichtung 240 ein, um durch Nachströmen von
Medium mit adäquater
Durchflussmenge, wieder eine sekundärseitige Annäherung des
Drucks an den Sollwert zu erreichen.
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Zum
vorbeschriebenen Druckreduzierventil sind weitere konstruktive Variationen
realisierbar. Hier ausdrücklich
erwähnt
seien noch:
- – Die Verwendung von zwei unterschiedlichen Schraubenfedern 9, 90 ist
nicht zwingend. Die Schraubenfedern 9, 90 haben
den Sinn, die Bauhöhe
des Druckreduzierventils niedrig zu halten, auch wenn für den Stellbereich
des Druckreduzierventils eine höhere
Federkraft benötigt
wird. Die kombinierte Federanordnung ermöglicht ferner, das Druckreduzierventil
bereits bei der Vormontage oder beim Einbau für einen bestimmten Stellbereich
vorzusehen. So ist z.B. konzipiert, die kleinere Druckfeder 90 bei
einem geforderten Stellbereich von 0 bis 2bar einzusetzen, während die
grössere
Druckfeder 9 einem Stellbereich bis 4bar entspricht. Beide Druckfedern 9, 90 zusammen
entsprechen einem Stellbereich bis 6bar.
- – Es
müssen
zumindest zwei Distanzelemente 260 vorgesehen werden; andererseits
kann man auch vier und mehr Distanzelemente zwischen die Trägerplatte 220 und
dem Schieber 250 einbauen. Denkbar sind auch einteilige
Distanzelemente.