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Die Erfindung betrifft ein Druckreduzierventil für nichtaggressive, flüssige, gas- oder dampfförmige Medien mit a) einem Gehäuse, b) einer Membran, die im Gehäuse eingespannt ist und einerseits unter Federspannung steht und andererseits vom Mediumdruck auf der Sekundärseite - die Seite des druckreduzierten
Entnahmenetzes - beaufschlagt wird und c) einem druckentlasteten, starr mit der Membran verbundenen Schieber, der mit einer starr am Gehäuse befestigten, den Ventilsitz bildenden Scheibendichtung zusammenwirkt, so dass sich die Schiebermündung der Scheibendichtung in den beiden Endlagen der Membran bis zum völligen Verschluss nähert bzw. bis zu einem maximalen Durchlassspalt entfernt.
Die Erfindung betrifft somit ein Druckreduzierventil, welches hauptsächlich in der häuslichen und industriellen Wasserversorgung eingesetzt wird, das aber auch generell für nichtaggressive Flüssigkeiten und Gase in Betracht kommt. 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.
Betroffen ist ein Druckreduzierventil für flüssige, gas- oder dampfförmige Medien mit einer Membran, einem druckentlasteten Schieber und einem auswechselbaren Feinsieb, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist.
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
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
Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass die bis dato bekannten Druckreduzierventile allesamt nicht als vollauf befriedigend angesehen werden konnen. 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 Geräuschentwick- lung.
Erfindungsgemäss wird bei dem eingangs erwähnten Druckreduzierventil vorgeschlagen, dass d) die starre Verbindung zwischen dem Schieber und der Membran aus zumindest zwei
Distanzelementen besteht, die auf der Sekundärseite mit dem Schieber verbunden sind, durch Durchbrüche in einer fest installierten Basisscheibe hindurchragen und mit einer die
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Membran stützenden Trägerplatte verbunden sind, wobei e) durch die Durchbrüche der sekundärseitige Mediumdruck auf die Membran einwirkt.
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 von 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 Öffnungsseite - einstellt.
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 Leistungsparameter und ist auch hinsichtlich der Zugänglichkeit des Filters servicefreundlich.
Zeichnungen und Ausführungsbeispiel
Anhand der beiliegenden Zeichnungen erfolgt nachstehend die detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Druckreduzierventils, wobei abschliessend mögliche Modifikationen erwähnt werden. Es zeigen.
Figur 1 einen Vertikalschnitt durch das Druckreduzierventil mit geschlossenem Schieber ;
Figur 2 die Ansicht gemäss Figur 1 mit geöffnetem Schieber und Figur 3 : zweigeteilte Ansicht gemäss den Figuren 1 und 2 mit geschlossener linker Hälfte und geöffneter rechter Hälfte.
Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen 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
Figur 1
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 schiiesst das Gehäuse 1 mit einem Schraubansatz 19 ab
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.
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 penpher 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 sitzen auf einem Druckdeckel 100 auf.
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 als Ventilsitz dienenden Scheibendichtung 240, dem Schieber 250, den Distanzelementen 260 und der Membran 270 zusammen.
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 Tragerplatte 220 wird durch eine zwischengefügte, auf den Gewindeschaft 263 aufgeschobene Hülse 264 gehalten.
Zwischen dem Schieberflansch 252 und der Trägerplatte 220 ist die Basisscheibe 230 eingefügt, die am Gehäuse 1, d. h. an der Innenwandung des oberen Schraubansatzes 19, starr befestigt ist. 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 konnen. Durch die Durchbrüche gelangt das sekundärdruckseitige Medium auf die Unterseite der Membran 270 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.
Zwischen die Trägerplatte 220 und den Membrandeckel 200 ist die Membran eingefügt. Von der Tragerplatte 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 Tragerplatte 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 einem Wulst 272 um den Membrandeckel 200 herum.
Der Aussenrand 273 der Membran 270 ist nach unten abgebogen und liegt auf dem Aussenrand 232 der Basisscheibe 230 auf und schliesst mit diesem ab Vorteilhafterweise ist an der Basisscheibe 230, unterhalb des radial umlaufenden Wulstes 272 ein Wulst 233 geringerer Höhe vorgesehen, so dass die Membran 270 quasi über diesen Wulst 233 gestülpt ist und die Basisscheibe 230 gegen eine darunter befindliche peripherische Ringschulter 190 des Gehäuses drückt. Der 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.
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
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- 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.
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 derzeit 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
Figur 2
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 Sekundarseite - 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.
Figur 3
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.
Zum vorbeschriebenen Druckreduzierventil sind weitere konstruktive Variationen realisierbar Hier ausdrücklich erwähnt seien noch : - Die Verwendung von zwei unterschiedlichen Schraubenfedem 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 ; kann man auch vier und mehr Distanzelemente zwischen die Trägerplatte 220 und dem Schieber
250 einbauen. Denkbar sind auch einteilige Distanzelemente.