Zum Regeln eines Flüssigkeitsstroms werden bekanntlich Ventile aller Art eingesetzt. Auf dem Gebiet der Wasserversorgung und der Sanitär-Installationen werden beispielsweise Absperr- und Druckreduzierventile angeordnet. In gewissen Ländern (z.B. Deutschland, Schweiz und Österreich) weisen die Wasserversorgungsnetze vor allem in den Bergregionen sehr hohe Betriebsdrücke (bis zu 10 bar) auf. Bei den Hausanschlüssen muss der Druck des Wassers auf etwa 4 bar reduziert werden, damit die Haus-installationen nicht überlastet werden. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Druckreduzierventile verwendet.
Bei Mehrfamilienhäusern wird der Wasserhauptleitung eine grössere Wassermenge entnommen als dies bei Einfamilienhäusern der Fall ist. Demzufolge werden in Mehrfamilienhäusern grössere Leitungsdurchmesser am Anschluss zu der Wasserhauptleitung angeordnet. Die Entnahmemenge ist jedoch nicht immer gleich und variiert je nach Randbedingungen wie beispielsweise des Öffnungsgrads der Zapfarmaturen, der Jahreszeit, der Aussentemperatur, dem hygienischen Verhalten der Bewohner und der Uhrzeit. Bisherige Druckreduzierventile wurden den Leitungsdurchmessern und der gewünschten maximalen Entnahmemenge entsprechend dimensioniert. Bei kleinen Entnahmemengen öffnen sich diese Druckreduzierventile nur mit einem geringen Hub.
Aufgrund der vorhandenen Verunreinigungen in den Leitungssystemen besteht in solchen Fällen insbesondere an den Ventilsitzen ein erhöhtes Verschmutzungsproblem. Wenn nämlich leistungsfähige, d.h. für grosse Mengen ausgelegte Ventile während längerer Zeit nur mit geringem Hub arbeiten, z.B. weil nur geringe Mengen an Flüssigkeit fliessen, können sich unerwünschte Ablagerungen an den Ventilsitzen bilden. Diese Ablagerungen können die Schliesssicherheit und somit die Funktion des Ventils beeinträchtigen. Das Ventil muss in so einem Fall ausgewechselt werden, was zu hohen Unterhaltskosten führt.
Wichtig ist bei allen Ventilanordnungen, dass auch bei kleinen Entnahmemengen die Funktionsfähigkeit des Ventils ebenso gewährleistet ist wie bei grossen Entnahmemengen.
Bei den Ventilen für grosse Leitungsdurchmesser greift man heute oft auf spezielle Konstruktionen zurück, welche aufgrund der geringen Stückzahlen verhältnismässig teuer sind. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Regeln eines Flüssigkeitsstroms zu schaffen, welche die beim Stand der Technik vorhandenen Probleme vermeidet. Zudem soll die Anordnung vorzugsweise kostengünstig realisierbar sein.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung weist eine Anordnung zum Regeln eines Fluids (sei es eines Flüssigkeits- oder eines Gasstroms) mindestens zwei gleichartige Funktionseinheiten auf, welche parallel geschaltet sind und dabei ein zumindest geringfügig unterschiedliches Ansprechverhalten zeigen.
Durch diese Anordnung ist es möglich, zum Beispiel ein Ventil zwecks Druckreduktion zu schaffen, welches schwankende Entnahmemengen einer Flüssigkeit, beispielsweise von Wasser, ermöglicht und gleichzeitig Ablagerungen am Ventilsitz weitgehend verhindert. Da die Funktionseinheiten parallel geschaltet sind und dabei ein unterschiedliches Ansprechverhalten zeigen, spricht bei kleineren Mengen in erster Linie eine der parallel geschalteten Funktionseinheiten an. Wenn grössere Mengen entnommen werden, öffnen sich beide Funktionseinheiten je nachdem bis zu ihrem maximal möglichen Hub. Je nach Einsatzort und vorhandenen Randbedingungen, wie hoher Druck der Flüssigkeit oder sehr grosse Entnahmemenge, können auch mehr als zwei Funktionseinheiten parallel geschaltet werden.
Vorzugsweise werden die gleichen bzw. gleichartige Funktionseinheiten verwendet, wie sie von kleineren Leitungsdurchmessern bekannt sind. Die Funktionseinheiten führen im Wesentlichen eine gleichartige Funktion aus, d.h. sie müssen, beispielsweise in ihrem mechanischen Aufbau, nicht vollständig identisch ausgebildet sein. Durch die Anordnung von mehr als einer Funktionseinheit können trotzdem, entsprechend der Summe der Grosse der Durch-fluss-öffnungen grosse Mengen des Fluids entnommen bzw. geregelt werden. Die einzelnen parallel geschalteten Funktionseinheiten öffnen sich bei kleinen Entnahmemengen im Vergleich zu einer entsprechend dimensionierten, grösseren, einzelnen Funktionseinheit stärker.
Dadurch werden allfällige Ablagerungen bei den Ventilsitzen und -tellern, welche sich beispielsweise durch im Leitungsnetz vorhandene Verunreinigungen ergeben, fortlaufend von diesen weggespült. Damit wird die Gebrauchsdauer eines Ventils, insbesondere bei grossen Leitungsdurchmessern wesentlich erhöht. Durch die Verwendung von standardisierten Funktionseinheiten, welche ohnehin in grossen Mengen hergestellt werden, kann auch in einem ansonsten eher wenig verwendeten Regelbereich grosser Leistungen (bzw. grosser Rohrdurchmesser) von kostengünstigen Elementen Gebrauch gemacht werden. Durch die Erfindung werden somit nicht nur die Herstellungskosten jeder einzelnen Funktionseinheit gering gehalten, sondern es werden gleichzeitig die Herstellungs- und Unterhaltskosten der gesamten Armatur gegenüber dem Stand der Technik massgeblich reduziert.
Das unterschiedliche Ansprechverhalten kann von verschiedenen Parametern abhängig sein. Einerseits kann sich bereits durch produktionstechnische, noch innerhalb der Herstellungstoleranzen liegende Unterschiede ein unterschiedliches Ansprechverhalten der eingebauten Funktionseinheiten ergeben. Andererseits kann sich durch die Ausgestaltung des Gehäuses, beispielsweise durch eine bestimmte Ausbildung des Zu- und/oder des Abflusses ein unterschiedliches Ansprechverhalten der (eingebauten) Funktionseinheiten ergeben. Des Weiteren kann eine Kombination dieser Parameter zu dem gewünschten Effekt führen. Schon kleinste Unterschiede können zu einem unterschiedlichen Ansprechverhalten im Sinne der Erfindung führen.
Vorzugsweise wird die Erfindung für Druckreduzierventile verwendet. Das gewünschte Ansprechverhalten kann beispielsweise über die Ansprechdruckwerte der Druckreduzierventile gesteuert werden. Dabei wird der gewünschte Ansprechdruckwert direkt an den Druckreduzierventilen mittels einer Justiervorrichtung eingestellt. Das Ansprechverhalten ist nicht unbedingt mit dem (z.B. eingestellten oder vorgebbaren) Ansprechdruckwert der Druckreduzierventile an sich gleichzusetzen. Auch die Ausgestaltung des Gehäuses kann schon für sich einen Einfluss haben. Auch das Zusammenwirken von Gehäuse und Funktionseinheit, wie auch die Herstellung können für genügend Unterschiede sorgen, so dass ein unterschiedliches Ansprechverhalten sogar von nahezu identischen Funktionseinheiten gegeben ist.
Es ist durchaus möglich, zwei mechanisch identische Druckreduzierventile mit den gleichen Einstellwerten zu verwenden. Bereits die durch die Herstellung bedingten kleinen, innerhalb der Toleranzen liegenden, konstruktiven Unterschiede können ausreichen, dass sich ein minimal unterschiedliches Ansprechverhalten für die einzelnen Druckreduzierventile ergibt. Bevorzugt sind die Anspruchverhalten der beiden Druckreduzierventile nicht zu unterschiedlich, da sich sonst bei einer durchschnittlichen Entnahmemenge das Druckreduzierventil mit dem viel geringeren Ansprechverhalten regelmässig nur wenig öffnen würde und sich so an diesem Ventil eher Ablagerungen im Bereich des Ventilsitzes bilden könnten, als dies bei kleinen Unterschieden des Ansprechverhaltens zweier Druckreduzierventile der Fall ist.
Unterschiede im Bereich von einigen wenigen Prozenten (z.B. <10%) werden in der Regel ausreichen. Soweit die Erfindung auf Druckreduzierventile beschränkt angewendet wird, kann gesagt werden, dass allein schon die Tatsache, dass zwei oder mehr gleiche Druckreduzierventile parallel geschaltet sind, inhärent am Erfindungsgedanken Teil hat.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Druckreduzierventile beschränkt. In der gleichen Weise können anstelle von Druckreduziereinheiten, zwei oder mehrere Absperr-, Regulier-, Misch- oder Sicherheitsarmaturen parallel im gleichen Gehäuse eingebaut werden.
Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass die Funktionseinheiten von aussen eingesetzt werden können. Ist eine der Funktionseinheiten defekt, kann diese ausgewechselt werden, ohne dass das ganze Gehäuse von der Leitungsinstallation entfernt werden muss. Die Funktionseinheit wird in einer bevorzugten Ausführungsform in das Gehäuse eingeschraubt. Dafür weist die Funktionseinheit beispielsweise ein Aussengewinde auf, welches einem entsprechend ausgebildeten Innengewinde am Gehäuse entspricht. Es kann jedoch auch das Gehäuse mit einem Aussengewinde ausgebildet sein. Dann muss die Funktionseinheit entsprechend ein Innengewinde aufweisen. Damit die Dichtigkeit an dieser Stelle des Gehäuses gewährleistet ist, wird vorzugsweise ein Mittel dafür, beispielsweise ein Dichtring, an der Funktionseinheit oder am Gehäuse vorgesehen.
Neben der Schraubverbindung sind auch andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann die Funktionseinheit an dem Gehäuse eingeschnappt beziehungsweise eingeklinkt werden. Denkbar sind z.B. sogenannte Bajonett-Kupplungen, bei welchen eine Kombination zwischen Rotation und Einrasten stattfindet. Es sind auch sonstige mechanische Spannkupplungen möglich. Die Funktionseinheiten sollten vorzugsweise mit einfachen Mitteln auswechselbar montiert sein.
Für das Ansprechverhalten der Funktionseinheiten kann das Gehäuse mitentscheidend sein. Durch eine bestimmte konstruktive Ausgestaltung des Gehäuses kann die Strömung eines Fluids beeinflusst werden. Dabei kann beispielsweise der Zu- bzw. der Abfluss in einer bestimmten Art ausgebildet sein oder auch Elemente im Innern des Gehäuses angeordnet werden, welche die Strömung beeinflussen.
Das Gehäuse kann aus Rotguss, Aluminiumdruckguss, Grau- oder Stahlguss bestehen. Es sind auch andere Grundmaterialien denkbar, die nicht in erster Linie Guss-Materialien sind. Die Randbedingungen, beispielsweise die Art des Fluids, die Temperaturen des Fluids und der Einsatzort, haben massgeblichen Einfluss auf die Wahl des Materials. Des Weiteren ist auch die Art der Befestigung mitentscheidend, wenn es um die Wahl des Materials für das Gehäuse beziehungsweise der Anschlussstutzen geht.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der auswechselbaren Funktionseinheit um ein Modul beziehungsweise um eine Patrone, in der alle beweglichen Teile in einer als Ganzes auswechselbaren Funktionseinheit enthalten sind. Damit ist ein Auswechseln einer defekten Funktionseinheit einfach und auch für nicht spezialisiertes Personal, wie beispielsweise einen nicht speziell ausgebildeten Hausmeister, möglich. Weiter wird durch die Verwendung solcher Patronen die Kompaktheit der gesamten Anordnung erhöht.
Durch die Verwendung von modulartigen Funktionseinheiten können für die verschiedenen Leitungsdurchmesser ein paar wenige Typen solcher Funktionseinheiten hergestellt und verwendet werden. So kann beispielsweise durch Variation der Anzahl der verwendeten Funktionseinheiten auf die unterschiedlichen Randbedingungen, wie beispielsweise die vorgeschriebene maximale Entnahmemenge, Rücksicht genommen werden. Infolge der Verwendung sogenannter Einheitstypen erhöht sich die Menge der benötigten Funktionseinheiten, was zu tieferen Herstellungskosten der einzelnen Funktionseinheit führt und sich somit auch auf die Senkung der Gesamtkosten der gesamten Anordnung massgeblich auswirkt.
Grundsätzlich sind natürlich auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen gewisse bewegliche Teile im Gehäuse integriert sind und bei welchen das von aussen einsetzbar Bauteil z.B. nur die empfindlichen bzw. wartungsanfälligen Bestandteile aufweist.
Bevorzugt hat das Gehäuse einen rohrförmigen Abschnitt, in welchem die Öffnungen für die Funktionseinheiten nebeneinander vorgesehen sind. Massgebend ist eine parallel geschaltete Anordnung der Funktionseinheiten. Mit einer solchen Ausgestaltung des Gehäuses kann dieses kompakt gestaltet werden. Dadurch wird die gesamte Anordnung kompakt und kann Platz sparend beispielsweise in einem Leitungssystem eingebaut werden. Vorzugsweise werden die Öffnungen für die Funktionseinheiten symmetrisch auf die Mittelachse des Gehäuses bezogen angeordnet.
Die Ausbildung des rohrförmigen Abschnitts des Gehäuses ist nicht auf eine kreiszylindrische Querschnittsform beschränkt. Daneben sind auch Ausführungen des rohrförmigen Abschnitts mit allgemein prismatischen oder mehreckigen Querschnittsformen denkbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Gehäuses ist ein Innenraumteiler vorhanden, wodurch in dem Gehäuse zwei Kammern (eine zuflussseitige und eine abflussseitige) gebildet werden. Der Innenraumteiler wird vorzugsweise entlang der Längsrichtung des Gehäuses angeordnet. Durch Übergangsteile, welche vom Innenraumteiler in einem Winkel bis zur Gehäuseaussenwand angeordnet sind, werden die Kammern derart gegeneinander abgegrenzt, dass ein strömendes Fluid nur durch die dafür vorgesehenen Durchflussöffnungen fliessen kann. Die Durchflussöffnungen werden parallel, bevorzugt in diesem Innenraumteiler angeordnet und durch die Funktionseinheiten kontrolliert. Die Anzahl und Grösse der Durchflussöffnungen in Kombination mit den verwendeten Funktionseinheiten bestimmen die maximal mögliche Entnahmemenge der Flüssigkeit.
Je nach Funktionseinheit kann auf einen Innenraumteiler und die entsprechenden Übergangsteile verzichtet werden. Steuert die Funktionseinheit beispielsweise die Abflüsse innerhalb der Anordnung, sind vorzugsweise definierte Anschlagspunkte für die beweglichen Steuerelemente der Funktionseinheit innerhalb des Gehäuses vorhanden.
Das Gehäuse ist mit Anschlussstutzen für die Montage an Leitungsrohren versehen. Da die Funktionseinheiten bevorzugt auswechselbar in dem Gehäuse einsetzbar sind und somit eine langlebige Nutzung der Anordnung ermöglicht wird, kann das Gehäuse unlösbar mit den Leitungsrohren verbunden sein. Für eine solche Befestigung bietet sich eine sogenannte Pressverbindung an. Für eine solche sind insbesondere duktile Materialien für das Gehäuse und im Speziellen für die Anschlussstutzen bevorzugt. Auch nicht-duktile Materialien können mit speziellen Pressverbindungs-Verfahren verwendet werden. Diesbezüglich wird auf die Veröffentlichung EP 0 343 395 verwiesen.
Des Weiteren kann das Gehäuse mittels einer Flanschverbindung in einem Leitungssystem integriert werden. Eine solche Befestigungsart kann nach einer dem Fachmann bekannten Methoden erstellt werden. Bei einer solchen Ausführung der Befestigung kann neben den einzelnen Funktionseinheiten auch das Gehäuse bei Bedarf ausgewechselt werden.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendete Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt entlang der Fliessrichtung durch eine erfindungsgemässe Druckreduzier-Anordnung für eine Sanitär-Installation. Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt in Achsenrichtung (d. h. im vorliegenden Fall entlang der Fliessrichtung) durch eine erfindungsgemässe Druckreduzier-Anordnung 1 für eine Sanitär-Installation. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine solche Anordnung für den Anschluss eines Mehrfamilienhauses an eine Wasserversorgung beschrieben. Die Ausgestaltung der Anordnung für andere Anwendungen ist auf das System bezogen mit der beschriebenen Ausführung vergleichbar.
Das bevorzugt rohrförmige Gehäuse 2 weist infolge des Innenraumteilers 3 eine zuflussseitige Kammer 4 und eine abflussseitige Kammer 5 in seinem Inneren auf. Der Innenraumteiler 3 ist hauptsächlich in Richtung der Längsachse 19 des rohrförmigen Gehäuses 2 angeordnet. Die Länge dieses Innenraumteilers 3 beträgt etwa 60% der Gesamtlänge des Gehäuses 2. Die Übergangsteile 15 und 16, welche vom Innenraumteiler 3 bis zur Aussenwandung des rohrförmigen Gehäuses 2 geführt sind, sind in einem Winkel, vorzugsweise in einem Winkel von 45 DEG und gleich ausgerichtet, angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Innendurchmesser des Gehäuses 2 beim Ein- und Auslauf etwa 20 % der Gesamtlänge des Gehäuses 2. Im Bereich des Innenraumteilers 3 ist der Querschnitt des Gehäuses 2 gegenüber dem eigentlichen Leitungsquerschnitt um etwa 25% vergrössert.
Diese Vergrösserung des Querschnitts des Gehäuses 2 muss nicht radial gleichmässig auf die Längsachse 19 der Anordnung 1 bezogen ausgeführt sein. Die Übergangsteile 15 und 16 und der Innenraumteiler 3 grenzen die zuflussseitige und die abflussseitige Kammer 4 und 5 derart gegeneinander ab, dass eine strömende Flüssigkeit nur durch die vorgesehenen und von den Funktionseinheiten kontrollierten Durchflussöffnungen 12.1 und 12.2 fliessen kann. Die beiden Kammern, die zuflussseitige 4 und die abflussseitige 5, sind in etwa gleich gross, wobei in der bevorzugten Ausführungsform der Innenraumteiler 3 bei den Durchflussöffnungen 12.1 und 12.2 Verdickungen 18.1 und 18.2 aufweist, welche der Aufnahme der Ventilsitze 13.1 und 13.2 dienen.
Je nach Anordnung der Öffnungen 9.1 bzw. 9.2 - beispielsweise auf der zufluss- bzw. abflussseitigen Kammer - und der Art des aufzunehmenden Ventilsitzes 13.1 bzw. 13.2 befindet sich die Verdickung 18.1 bzw. 18.2 des Innenraumteilers 3 auf der Seite der zuflussseitigen Kammer 4 oder der abflussseitigen Kammer 5.
Der Anschluss des Gehäuses 2 an die Leitungsrohre (nicht dargestellt) erfolgt mittels der Flanschen 6.1 und 6.2. Diese sind mit Bohrungen versehen, welche mit den entsprechenden Anschlussstücken (nicht dargestellt) der Leitungsrohre übereinstimmen. An den Scheitelpunkten beim Ein- und Auslauf sind im Gehäuse Entlüftungsstutzen 7.1 und 7.2 angeordnet, welche jeweils mit einem Abschlusszapfen 8.1 bzw. 8.2 und gegebenenfalls mit einer entsprechenden Dichtung versehen sind. An einem bzw. auch an beiden Entlüftungsstutzen können auch Manometer-Druckknopfventile oder Entnahmevorrichtungen (beides nicht dargestellt) angeordnet werden. Vorzugsweise befinden sich, in dem dargestellten Einbau der Anordnung, die Entlüftungsstutzen auf der den Funktionseinheiten radial gegenüberliegenden Seite.
Die Aufweitung des Gehäuses 2 im Bereich des Innenraumteilers 3 ist annähernd bis zu den Flanschen 6.1 bzw. 6.2 geführt.
An einem Bereich des Aussenumfangs des Gehäuses 2 befinden sich die Öffnungen 9.1 und 9.2 zur Aufnahme der Funktionseinheiten, in welchen bei diesem Ausführungsbeispiel Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 eingesetzt werden. Vorzugsweise werden die gleichen Typen von Druckreduzierventilen verwendet, wie sie auch bei kleineren Leitungsdurchmessern als alleinige Funktionseinheit zur Anwendung kommen. Die Öffnung 9.1 bzw. 9.2 weist einen nach aussen gerichteten Kragen 11.1 bzw. 11.2 auf, welcher vorzugsweise mit einem Innengewinde versehen ist. Dieses Innengewinde ist auf das entsprechende Aussengewinde des Druckreduzierventils 10.1 bzw. 10.2 abgestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Druckreduzierventil 10.1 bzw. 10.2 mit einem Schraubring aus Pressmessing versehen.
Eine symmetrische Anordnung der Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 auf die Mittelachse 17 des Gehäuses 2 bezogen, wird bevorzugt. Dies hat aber auf die Funktion der Anordnung keinen massgeblichen Einfluss. Radial auf die Öffnungen 9.1 und 9.2 im Gehäuse 2 bezogen sind im Innenraumteiler 3 die Durchflussöffnungen 12.1 und 12.2 angeordnet. Diese Durchflussöffnungen 12.1 und 12.2 sind derart ausgebildet, dass sie die Ventilsitze 13.1 und 13.2 des entsprechenden Druckreduzierventils 10.1 bzw. 10.2 aufnehmen.
Ein solches Druckreduzierventil 10.1 bzw. 10.2 umfasst einen Ventilteller 20.1 bzw. 20.2, welcher mit einem Federelement, beispielsweise einer Spiralfeder 21.1 bzw. 21.2, in einem Ventilsitz 13.1 bzw. 13.2 gehalten wird. In der bevorzugten Ausführung des Druckreduzierventils 10.1 bzw. 10.2 als Modul bzw. Patrone ist auch der Ventilsitz 13.1 bzw. 13.2 mit dem Ventilteller 20.1 bzw. 20.2 ein Teil der als Ganzes auswechselbaren Funktionseinheit. Die Federkraft der Spiralfeder 21.1 bzw. 21.2 bestimmt den Ansprechdruckwert des Druckreduzierventils 10.1 bzw. 10.2.
Entspricht der Unterschied des konstruktiv vorhandenen Ansprechverhaltens nicht dem gewünschten Unterschied, welcher die beiden Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 aufweisen sollen, kann mittels einer Justiervorrichtung, beispielsweise einem Handrad oder einem Angriffsmittel für einen Schraubenzieher, der Ansprechdruck der Druckreduzierventile geändert werden, bis das gewünschte Ansprechverhalten der Funktionseinheiten gegeben ist. Wird das Druckreduzierventil 10.1 bzw. 10.2 in Strömungsrichtung des Fluids eingebaut, wird die Spiralfeder 21.1 bzw. 21.2, bei einer Entnahme des Fluids in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Druckreduzierventil 10.1 bzw. 10.2, gezogen. Fällt der Druck ab, zieht die Spiralfeder 21.1 bzw. 21.2 den Ventilteller 20.1 bzw. 20.2 wieder in den Ventilsitz 13.1 bzw. 13.2.
Bei einem Einbau des Druckreduzierventils 10.1 bzw. 10.2 gegen die Strömungsrichtung des Fluids wird die Spiralfeder 21.1 bzw. 21.2 durch das Ventil, bei einer Entnahme des Fluids in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Druckreduzierventil bzw. 10.2, zusammengedrückt. Fällt der Druck ab, stösst die Spiralfeder 21.1 bzw. den Ventilteller 20.1 bzw. 20.2 wieder in den Ventilsitz 13.1 bzw. 13.2. Alle dem Fluid ausgesetzten Bestandteile werden vorzugsweise aus einem gegen das Fluid resistenten Material hergestellt. Damit Verunreinigungen die beweglichen Teile des Druckreduzierventils 10.1 bzw. 10.2 so wenig wie möglich behindern, kann um das Druckreduzierventil 10.1 bzw. 10.2 im Bereich des Kontakts mit dem Fluid ein Filter 22.1 bzw. 22.2 angeordnet sein.
Die Grosse der Maschen des Filters 22.1 bzw. 22.2 hängt von den vorhandenen bzw. erwarteten Verunreinigungen und der Art des Fluids ab.
Ist eines der Druckreduzierventile 10.1 bzw. 10.2 defekt, kann es mittels Schraubbewegungen aus dem Kragen 11.1 bzw. 11.2 entfernt und das Ersatzventil an dem gleichen Ort eingesetzt werden. Da die Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 von aussen in das Gehäuse 2 eingesetzt werden können, kann das Gehäuse 2 an der Leitungsinstallation verbleiben. Aus diesem Grund ist auch eine unlösbare Verbindung des Gehäuses 2 an die Leitungsinstallation, wie eine Befestigung mittels einer sogenannten Pressverbindung, ausführbar.
Anhand der Fig. 1 wird weiter die Funktionsweise der Druckreduzier-Anordnung 1 beschrieben. Bezogen auf die Zeichnung fliesst in diesem Ausführungsbeispiel das Wasser von rechts in die Druckreduzier-Anordnung 1, was durch den Pfeil 14, welcher die Fliessrichtung des Wassers angibt, symbolisch dargestellt wird. Wenn auf die Zeichnung bezogen auf der linken Seite der Anordnung 1 Wasser entnommen wird, öffnen sich infolge des Drucks und des Wasserflusses die Druckreduzierventile 10.1 und 10.2. Da die Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 ein unterschiedliches Ansprechverhalten aufweisen, sind die Öffnungswerte der beiden Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 nicht identisch.
Da aber weder das eine noch das andere Druckreduzierventil 10.1 bzw. 10.2 auf die maximal entnehmbare Wassermenge ausgelegt ist, öffnet sich jedes der Druckreduzierventile 10.1 und 10.2 derart stark, dass allfällige Verschmutzungen aus dem Leitungsnetz und allfällige Ablagerungen an den Ventilsitzen 13.1 und 13.2 und den Ventiltellern 20.1 und 20.2 fortlaufend weggespült werden.
Vorzugsweise wird von jeder Funktionseinheit nur ein bis drei unterschiedliche Grundtypen hergestellt und entsprechend den Randbedingungen angeordnet. Bei sehr grossen Entnahmemengen können auch mehr als zwei Funktionseinheiten parallel geschaltet eingebaut werden. So können auch bei Speziallösungen die Nachteile gegenüber dem Stand der Technik verhindert und die Kosten einer gesamten Armatur trotzdem massgeblich gesenkt werden.
Die erfindungsgemässe Anordnung beschränkt sich nicht nur auf Anwendungen zwecks Druckreduktion. Grundsätzlich können jegliche Arten von Ventilen, welche zur Regelung eines Fluids in irgendeiner Form verwendet werden, in eine solche Anordnung eingebaut werden. So können beispielsweise zwei oder mehrere Absperr-, Regulier-, Misch- oder Sicherheitsarmaturen parallel im gleichen Gehäuse eingebaut sein.
Eine Variante zu der beschriebenen Ausführung sind Ventile, bei denen das Ansprechverhalten temperaturgesteuert ist. Mit einer solchen Ausführung kann beispielsweise die Temperatur einer Flüssigkeit geregelt werden, welche aus mindestens zwei Flüssigkeitsströmen mit unterschiedlicher Ausgangstemperatur gemischt wird. Dabei fliesst die eine, vorzugsweise die Flüssigkeit auf dem tieferen Temperaturniveau, gleichmässig in eine Mischkammer. Die andere Flüssigkeit, vorzugsweise die Flüssigkeit auf dem höheren Temperaturniveau, wird über zumindest zwei parallel geschaltete Ventile gesteuert in die Mischkammer geleitet. Fällt die Temperatur der gemischten Flüssigkeit in der Mischkammer unter den gewünschten Wert, öffnen sich die parallel geschalteten Ventile bis die gewünschte Temperatur der gemischten Flüssigkeit wieder erreicht ist.
Dementsprechend schliessen sich die parallel geschalteten Ventile bis die gewünschte Temperatur der gemischten Flüssigkeit wieder erreicht ist, wenn die Temperatur der gemischten Flüssigkeit in der Mischkammer über den gewünschten Wert steigt.
Neben der Anwendung der Anordnung zur Regelung eines Fluids kann eine solche Anordnung auch zur Regelung von Druckluft verwendet werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass es mit der Erfindung gelungen ist, auch für grosse Leitungsdurchmesser Anordnungen zur Regelung von Flüssigkeitsströmen mit Funktionseinheiten bereitzustellen, welche eine geringe Verschmutzungsgefahr aufweisen und dadurch weniger störungsanfällig sind. Des Weiteren wird mit dieser Erfindung die Lebensdauer einer solchen Anordnung mit Funktionseinheiten massgeblich erhöht.
To regulate a liquid flow known valves of all kinds are used. In the field of water supply and sanitary installations, for example shut-off and pressure reducing valves are arranged. In certain countries (such as Germany, Switzerland and Austria) the water supply networks have very high operating pressures (up to 10 bar), especially in the mountainous regions. For house connections, the pressure of the water must be reduced to about 4 bar, so that the house installations are not overloaded. For example, pressure reducing valves are used for this purpose.
In multi-family houses, the main water pipe is taken from a larger amount of water than is the case for single-family homes. Consequently, larger apartment diameters are arranged at the connection to the main water pipe in multi-family houses. However, the removal amount is not always the same and varies depending on the boundary conditions such as the opening degree of the tap fittings, the season, the outside temperature, the hygienic behavior of the residents and the time. Previous pressure reducing valves were dimensioned according to the pipe diameters and the desired maximum removal quantity. For small removal quantities, these pressure reducing valves open only with a small stroke.
Due to the presence of contaminants in the piping systems, in such cases, in particular at the valve seats, there is an increased problem of contamination. Namely, if powerful, i. designed for large quantities valves work for a long time only with a small stroke, e.g. because only small amounts of liquid flow, can form undesirable deposits on the valve seats. These deposits can impair the closing security and thus the function of the valve. The valve must be replaced in such a case, resulting in high maintenance costs.
It is important in all valve arrangements that the functionality of the valve is ensured as well as in the case of large removal quantities, even with small withdrawal quantities.
In the case of valves for large pipe diameters, today one often resorts to special constructions, which are relatively expensive due to the small number of units. Presentation of the invention
The object of the invention is to provide an arrangement for controlling a liquid flow which avoids the problems existing in the prior art. In addition, the arrangement should preferably be inexpensive to implement.
The solution of the problem is defined by the features of claim 1. According to the invention, an arrangement for regulating a fluid (be it a liquid or a gas stream) has at least two similar functional units, which are connected in parallel and show an at least slightly different response.
By this arrangement, it is possible, for example, to provide a valve for the purpose of pressure reduction, which allows fluctuating removal amounts of a liquid, such as water, and at the same time largely prevents deposits on the valve seat. Since the functional units are connected in parallel and thereby show a different response behavior, for smaller quantities primarily one of the parallel-connected functional units responds. If larger quantities are withdrawn, both functional units open depending on their maximum possible stroke. Depending on the location and existing boundary conditions, such as high pressure of the liquid or very large removal quantity, more than two functional units can be connected in parallel.
Preferably, the same or similar functional units are used, as they are known from smaller pipe diameters. The functional units essentially perform a similar function, i. they do not have to be completely identical, for example in their mechanical construction. Due to the arrangement of more than one functional unit, large quantities of the fluid can nevertheless be taken or regulated in accordance with the sum of the sizes of the through-flow openings. The individual functional units connected in parallel open more at small withdrawal quantities in comparison to a correspondingly dimensioned, larger, individual functional unit.
As a result, any deposits in the valve seats and plates, which result, for example, by impurities present in the network, continuously flushed away from them. Thus, the service life of a valve, especially for large pipe diameters is significantly increased. Through the use of standardized functional units, which are already produced in large quantities anyway, use can be made of cost-effective elements even in an otherwise rarely used control range of large outputs (or large tube diameters). As a result of the invention, not only the production costs of each individual functional unit are kept low, but at the same time the manufacturing and maintenance costs of the entire fitting are significantly reduced compared with the prior art.
The different response behavior can be dependent on various parameters. On the one hand, differences in the response of the built-in functional units can already result from production-related differences which are still within the manufacturing tolerances. On the other hand, the configuration of the housing, for example due to a specific design of the inflow and / or outflow, can result in a different response behavior of the (installed) functional units. Furthermore, a combination of these parameters can lead to the desired effect. Even the smallest differences can lead to a different response within the meaning of the invention.
Preferably, the invention is used for pressure reducing valves. The desired response can be controlled for example via the response pressure values of the pressure reducing valves. In this case, the desired response pressure value is set directly to the pressure reducing valves by means of an adjusting device. The response is not necessarily equal to the set pressure value of the pressure reducing valves (e.g., set or default). The design of the housing can already have an influence on itself. The interaction of housing and functional unit, as well as the production can provide enough differences, so that a different response even given by almost identical functional units.
It is quite possible to use two mechanically identical pressure reducing valves with the same setting values. Already the production-related small, lying within the tolerances, constructive differences may be sufficient that results in a minimally different response for the individual pressure reducing valves. Preferably, the performance of the two pressure reducing valves are not too different, otherwise would otherwise open at an average removal rate, the pressure reducing valve with the much lower response regularly little and thus could form deposits on the valve rather in the valve seat, as with small differences the response of two pressure reducing valves is the case.
Differences in the range of a few percent (e.g., <10%) will usually suffice. As far as the invention is applied to pressure reducing valves limited, it can be said that the mere fact that two or more equal pressure reducing valves are connected in parallel, inherently part of the inventive idea.
Of course, the invention is not limited to pressure reducing valves. In the same way, instead of pressure reducing units, two or more shut-off, regulating, mixing or safety valves can be installed in parallel in the same housing.
The housing is designed such that the functional units can be inserted from the outside. If one of the functional units is defective, it can be replaced without the entire housing having to be removed from the cable installation. The functional unit is screwed into the housing in a preferred embodiment. For this purpose, the functional unit has, for example, an external thread which corresponds to a correspondingly formed internal thread on the housing. However, it can also be designed with an external thread housing. Then the functional unit must have an internal thread accordingly. Thus, the tightness is ensured at this point of the housing, preferably a means for, for example, a sealing ring, provided on the functional unit or on the housing.
In addition to the screw, other mounting options are conceivable. For example, the functional unit can be snapped or latched to the housing. Conceivably, e.g. so-called bayonet couplings, in which a combination of rotation and engagement takes place. There are also other mechanical clamping couplings possible. The functional units should preferably be exchangeably mounted by simple means.
For the response of the functional units, the housing can be crucial. By a certain structural design of the housing, the flow of a fluid can be influenced. In this case, for example, the inflow or outflow may be formed in a certain way or else elements may be arranged in the interior of the housing, which influence the flow.
The housing can be made of gunmetal, die-cast aluminum, gray or cast steel. There are also other base materials conceivable, which are not primarily casting materials. The boundary conditions, such as the type of fluid, the temperatures of the fluid and the place of use, have a significant influence on the choice of material. Furthermore, the type of attachment is also decisive when it comes to the choice of material for the housing or the connecting piece.
In a preferred embodiment, the replaceable functional unit is a module or a cartridge in which all moving parts are contained in a functional unit that can be exchanged as a whole. For a replacement of a defective functional unit is easy and also for non-specialized personnel, such as a not specially trained janitor, possible. Further, the use of such cartridges increases the compactness of the entire assembly.
By using modular functional units, a few types of such functional units can be manufactured and used for the different cable diameters. Thus, for example, by varying the number of functional units used on the different boundary conditions, such as the prescribed maximum withdrawal amount, be taken into account. As a result of the use of so-called unit types increases the amount of functional units required, which leads to lower production costs of the individual functional unit and thus also has a significant effect on the reduction of the total cost of the entire arrangement.
In principle, of course, embodiments are conceivable in which certain moving parts are integrated in the housing and in which the externally insertable component, e.g. has only the sensitive or maintenance-prone components.
Preferably, the housing has a tubular portion in which the openings for the functional units are provided side by side. Decisive is a parallel arrangement of the functional units. With such an embodiment of the housing, this can be made compact. As a result, the entire arrangement is compact and can be installed to save space, for example, in a pipe system. Preferably, the openings for the functional units are arranged symmetrically relative to the central axis of the housing.
The formation of the tubular portion of the housing is not limited to a circular cylindrical cross-sectional shape. In addition, embodiments of the tubular portion with generally prismatic or polygonal cross-sectional shapes are conceivable.
In a preferred embodiment of the housing, an interior divider is provided, whereby two chambers (one inflow-side and one outflow-side) are formed in the housing. The interior divider is preferably arranged along the longitudinal direction of the housing. Through transition parts, which are arranged from the interior divider at an angle to the housing outer wall, the chambers are delimited against each other such that a flowing fluid can flow only through the flow openings provided for this purpose. The flow openings are arranged in parallel, preferably in this interior divider and controlled by the functional units. The number and size of the flow openings in combination with the functional units used determine the maximum possible withdrawal amount of the liquid.
Depending on the functional unit can be dispensed with an interior divider and the corresponding transition parts. If the functional unit controls, for example, the drains within the arrangement, preferably defined stop points for the movable control elements of the functional unit are present within the housing.
The housing is provided with connecting pieces for mounting on conduit pipes. Since the functional units are preferably interchangeable inserted in the housing and thus a long-lived use of the arrangement is made possible, the housing can be permanently connected to the pipes. For such a fastening, a so-called press connection offers. For such a particular ductile materials for the housing and in particular for the connecting pieces are preferred. Also non-ductile materials can be used with special press-bonding methods. In this regard, reference is made to the publication EP 0 343 395.
Furthermore, the housing can be integrated by means of a flange connection in a line system. Such a method of attachment can be created by a method known to those skilled in the art. In such an embodiment of the attachment, in addition to the individual functional units, the housing can be replaced if necessary.
From the following detailed description and the totality of the claims, further advantageous embodiments and feature combinations of the invention result. Brief description of the drawings
The drawing used to explain the embodiment shows:
1 shows a longitudinal section along the direction of flow through an inventive pressure-reducing arrangement for a sanitary installation. Ways to carry out the invention
1 shows a longitudinal section in the axial direction (that is to say in the present case along the direction of flow) through a pressure-reducing arrangement 1 according to the invention for a sanitary installation. In this embodiment, such an arrangement for the connection of a multi-family house is described to a water supply. The configuration of the arrangement for other applications is related to the system with the described embodiment.
As a result of the interior divider 3, the preferably tubular housing 2 has an inflow-side chamber 4 and an outflow-side chamber 5 in its interior. The interior divider 3 is arranged mainly in the direction of the longitudinal axis 19 of the tubular housing 2. The length of this interior divider 3 is about 60% of the total length of the housing 2. The transition parts 15 and 16, which are guided by the interior divider 3 to the outer wall of the tubular housing 2, are at an angle, preferably at an angle of 45 ° and aligned arranged. In this embodiment, the inner diameter of the housing 2 at the inlet and outlet corresponds to about 20% of the total length of the housing 2. In the region of the interior divider 3, the cross section of the housing 2 is increased by about 25% compared to the actual line cross-section.
This enlargement of the cross section of the housing 2 need not be carried out radially uniformly relative to the longitudinal axis 19 of the arrangement 1. The transition parts 15 and 16 and the interior divider 3 delimit the inflow-side and outflow-side chambers 4 and 5 from each other such that a flowing liquid can flow only through the flow openings 12.1 and 12.2 provided and controlled by the functional units. The two chambers, the inflow side 4 and the outflow side 5, are approximately equal in size, wherein in the preferred embodiment, the interior divider 3 at the flow openings 12.1 and 12.2 thickenings 18.1 and 18.2, which serve to receive the valve seats 13.1 and 13.2.
Depending on the arrangement of the openings 9.1 or 9.2 - for example, on the inflow or outflow chamber - and the type of male valve seat 13.1 and 13.2 is the thickening 18.1 or 18.2 of the interior divider 3 on the side of the inflow-side chamber 4 or outflow-side chamber 5.
The connection of the housing 2 to the pipes (not shown) by means of the flanges 6.1 and 6.2. These are provided with holes which coincide with the corresponding fittings (not shown) of the pipes. At the apexes at the inlet and outlet vent ports 7.1 and 7.2 are arranged in the housing, which are each provided with a final pin 8.1 or 8.2 and optionally with a corresponding seal. Manometer push-button valves or removal devices (both not shown) can also be arranged on one or both venting ports. Preferably, in the illustrated installation of the arrangement, the vent pipe are located on the radially opposite side of the functional units.
The widening of the housing 2 in the region of the interior divider 3 is approximately up to the flanges 6.1 and 6.2, respectively.
At a region of the outer circumference of the housing 2 are the openings 9.1 and 9.2 for receiving the functional units, in which pressure reducing valves 10.1 and 10.2 are used in this embodiment. Preferably, the same types of pressure reducing valves are used as they are used even with smaller pipe diameters as the sole functional unit. The opening 9.1 or 9.2 has an outwardly directed collar 11.1 and 11.2, which is preferably provided with an internal thread. This internal thread is matched to the corresponding external thread of the pressure reducing valve 10.1 or 10.2. In a preferred embodiment, the pressure reducing valve 10.1 or 10.2 is provided with a threaded ring made of pressed brass.
A symmetrical arrangement of the pressure reducing valves 10.1 and 10.2 relative to the central axis 17 of the housing 2 is preferred. But this has no significant influence on the function of the arrangement. Radially to the openings 9.1 and 9.2 in the housing 2, the flow openings 12.1 and 12.2 are arranged in the interior divider 3. These flow openings 12.1 and 12.2 are designed such that they receive the valve seats 13.1 and 13.2 of the corresponding pressure reducing valve 10.1 or 10.2.
Such a pressure reducing valve 10.1 or 10.2 comprises a valve disk 20.1 or 20.2, which is held with a spring element, for example a spiral spring 21.1 or 21.2, in a valve seat 13.1 or 13.2. In the preferred embodiment of the pressure reducing valve 10.1 or 10.2 as a module or cartridge and the valve seat 13.1 or 13.2 with the valve plate 20.1 and 20.2 is part of the interchangeable as a whole functional unit. The spring force of the coil spring 21.1 or 21.2 determines the set pressure value of the pressure reducing valve 10.1 or 10.2.
Corresponds to the difference of constructive existing response not the desired difference, which should have the two pressure reducing valves 10.1 and 10.2, by means of an adjusting device, such as a handwheel or a plea for a screwdriver, the set pressure of the pressure reducing valves can be changed until the desired response of the functional units given is. If the pressure reducing valve 10.1 or 10.2 installed in the flow direction of the fluid, the coil spring 21.1 or 21.2, when the fluid is removed in the flow direction behind the pressure reducing valve 10.1 or 10.2, pulled. If the pressure drops, the spiral spring 21.1 or 21.2 pulls the valve disk 20.1 or 20.2 back into the valve seat 13.1 or 13.2.
In an installation of the pressure reducing valve 10.1 or 10.2 against the flow direction of the fluid, the coil spring 21.1 or 21.2 through the valve, when a removal of the fluid in the flow direction seen behind the pressure reducing valve or 10.2, compressed. If the pressure drops, the spiral spring 21.1 or the valve disk 20.1 or 20.2 pushes back into the valve seat 13.1 or 13.2. All components exposed to the fluid are preferably made of a fluid resistant material. So impurities impede the moving parts of the pressure reducing valve 10.1 or 10.2 as little as possible, a filter 22.1 or 22.2 can be arranged around the pressure reducing valve 10.1 or 10.2 in the area of contact with the fluid.
The size of the mesh of the filter 22.1 or 22.2 depends on the existing or expected impurities and the type of fluid.
If one of the pressure-reducing valves 10.1 or 10.2 is defective, it can be removed by means of screw movements from the collar 11.1 or 11.2 and the replacement valve can be used at the same location. Since the pressure reducing valves 10.1 and 10.2 can be inserted from the outside into the housing 2, the housing 2 can remain at the line installation. For this reason, a non-detachable connection of the housing 2 to the line installation, such as an attachment by means of a so-called press connection, executable.
The mode of operation of the pressure-reducing arrangement 1 will be described further with reference to FIG. 1. Referring to the drawing flows in this embodiment, the water from the right into the pressure reducing arrangement 1, which is represented symbolically by the arrow 14, which indicates the flow direction of the water. When water is drawn from the drawing on the left side of the assembly 1, the pressure reducing valves 10.1 and 10.2 open due to the pressure and the water flow. Since the pressure reducing valves 10.1 and 10.2 have a different response, the opening values of the two pressure reducing valves 10.1 and 10.2 are not identical.
But since neither one nor the other pressure reducing valve 10.1 or 10.2 is designed for the maximum removable amount of water, each of the pressure reducing valves 10.1 and 10.2 opens so strong that any contamination from the mains and any deposits on the valve seats 13.1 and 13.2 and the valve plates 20.1 and 20.2 are continuously flushed away.
Preferably, only one to three different basic types of each functional unit are manufactured and arranged according to the boundary conditions. For very large quantities, more than two functional units can be installed in parallel. Thus, even with special solutions, the disadvantages compared to the prior art can be prevented and the costs of an entire valve can nevertheless be significantly reduced.
The inventive arrangement is not limited to applications for the purpose of reducing pressure. In principle, any types of valves used to control a fluid in any form may be incorporated into such an arrangement. For example, two or more shut-off, regulating, mixing or safety fittings can be installed in parallel in the same housing.
A variant of the embodiment described are valves in which the response is temperature-controlled. With such an embodiment, for example, the temperature of a liquid can be controlled, which is mixed from at least two liquid streams with different starting temperature. The one, preferably the liquid at the lower temperature level, flows evenly into a mixing chamber. The other liquid, preferably the liquid at the higher temperature level, is controlled via at least two valves connected in parallel in the mixing chamber. If the temperature of the mixed liquid in the mixing chamber falls below the desired value, the valves connected in parallel open until the desired temperature of the mixed liquid is reached again.
Accordingly, the valves connected in parallel close until the desired temperature of the mixed liquid is reached again as the temperature of the mixed liquid in the mixing chamber rises above the desired value.
In addition to the use of the arrangement for regulating a fluid, such an arrangement can also be used for controlling compressed air.
In summary, it should be noted that it has been possible with the invention, even for large diameters to provide arrangements for the control of liquid flows with functional units, which have a low risk of contamination and are therefore less prone to failure. Furthermore, the life of such an arrangement with functional units is significantly increased with this invention.