DE10066425B4

DE10066425B4 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE10066425B4
Application number: DE10066425A
Authority: DE
Inventors: Margret Spiegel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: DE10055137A1

Abstract

Druckregelventil zur Steuerung eines Gasdruckes in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsdruck, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (72) in zwei durch eine elastische Abtrennung (80) voneinander getrennte Kammern (200, 201) unterteilt ist, von denen eine Gaskammer (200) mit einer Gaseinlassöffnung (83) und eine Flüssigkeitskammer (201) mit einer Flüssigkeitsöffnung (73) versehen ist, und die Gaseinlassöffnung (83) mit einem selbstständig schließenden Gasventil (82) verschließbar ist, das mit der elastische Abtrennung (80) steuerbar zur Erzeugung gleicher Volumenströme des Gases einerseits der Flüssigkeit andererseits verbunden ist, die jeweils über voneinander getrennte Austrittsmöglichkeiten (40, 94) ableitbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil zur Steuerung eines Gasdruckes in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsdruck.
Derartige Druckregelventile werden beispielsweise bei der Herstellung eines Gemisches aus Wasser und Gas verwendet, bei denen gleiche Volumenströme von einer Flüssigkeit und eines Gases in einem Mischer gemischt werden. Derartige Mischer werden insbesondere bei der Mischung von Leitungswasser mit CO₂ verwendet, um wohlschmeckendes Sodawasser herzustellen. Zur Herstellung dieser Mischung wird ein Einspeisungsbauteil verwendet, in dem ein Gemisch aus CO₂ und Leitungswasser hergestellt wird, das in einem Karbonator zu Sodawasser verarbeitet wird.
Zur Versorgung des Einspeisungsbauteils mit einem Gas und einer Flüssigkeit werden gleiche Volumenströme des Gases einerseits und der Flüssigkeit andererseits benötigt. Dazu bedarf es eines Druckregelventils, das die Drucke von Flüssigkeiten einerseits und Gasen andererseits in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck regeln kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein aus einem Bauelement bestehendes Druckregelventil anzugeben, das den Druck des Gases in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck regeln kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Gehäuse in zwei durch eine elastische Abtrennung voneinander getrennte Kammern unterteilt ist, von denen eine Gaskammer mit einer Gaseinlassöffnung und eine Flüssigkeitskammer mit einer Flüssigkeitsöffnung versehen ist, und die Gaseinlassöffnung mit einem selbständig schließenden Gasventil verschließbar ist, das mit der elastischen Abtrennung steuerbar zur Erzeugung einer vorgebbaren Druckdifferenz des Gases gegenüber der Flüssigkeit verbunden ist, und das Gas und die Flüssigkeit jeweils über voneinander getrennte Austrittsmöglichkeiten zur Erzeugung gleicher Volumenströme ableitbar sind.
Auf diese Weise können die Flüssigkeit und das Gas innerhalb des aus einem Bauelement bestehenden Druckregelventils abhängig voneinander gesteuert und der Druck des Gases in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck geregelt werden. Die sich daraus ergebenden Volumenströme der beiden Medien stimmen überein und werden gemeinsam einem Mischer zugeleitet. Dieser kann als ein Einspeisungsbauteil gestaltet sein, der das Gas in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck einer intensiven Durchmischung zuführt beispielsweise in einem Karbonator, der CO₂ mit Leitungswasser zu Sodawasser verarbeitet.
Aus der US 32 19 236 A ist ein Druckregelventil bekanntgeworden, mit dessen Hilfe ein Gasestrom in Abhängigkeit vom Druck eines anderen Gases gesteuert werden kann. Dabei wird der Druck von CO₂ in karbonisiertem Wasser, das sich in einem Steuerungstank befindet, als Maßstab zugrunde gelegt. Demgegenüber wird erfindungsgemäß ein Gasedruck in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsdruck gesteuert. Entsprechend der Änderung des Flüssigkeitssdruckes wird der Druck in einem Gas gesteuert, so dass ein gleichbleibendes Verhältnis zwischen dem Flüssigkeitsdruck einerseits und dem Gasdruck andererseits besteht. Mit diesem gleich bleibenden Druckverhältnis wird eine Mischung der Flüssigkeit mit dem Gas vorgenommen, so dass ein ständig gleich bleibendes Druckverhältnis zwischen der Flüssigkeit und dem Gas in dem entstehenden Gemisch zustande kommt. Dabei ist erfindungsgemäß der in der Flüssigkeit vorhandene Druck der Maßstab nach dem der Gasedruck gesteuert wird. Da der Druck des zu karbonisierenden Leitungswassers abhängig vom jeweiligem Wassernetz starken Schwankungen unterliegt, wird auf diese Weise der Gasedruck den entsprechenden Schwankungen des Flüssigkeitsdruckes angepasst. Eine derartige Anpassung ist mit dem vorbekannten Ventil nicht möglich und lag daher für den Fachmann nicht nahe.
Darüber hinaus ist aus der US 33 35 952 A ein Steuerungsventil bekannt geworden, bei dem ein CO₂-Strom abhängig von der Temperatur eines Wasserstroms gesteuert wird. Zu diesem Zwecke ist ein von einer Membran abgedeckter Behälter vorgesehen, der mit einer temperaturabhängigen Flüssigkeit gefüllt ist. Dieser Behälter wird von einem Wasserstrom umspült, dessen Temperaturen sich verändern. Darüber hinaus ist in dem mit der temperaturabhängigen Flüssigkeit gefüllten Behälter noch eine auf die Membran einwirkende Druckfeder vorgesehen, die die Bewegungen der Membran unterstützt. Mit der Membran wird ein Ventil gesteuert, das bei niedrigen Wassertemperaturen eine geringe Öffnung und bei höheren Wassertemperaturen eine größere Öffnung aufweist. Dieses Ventil steuert den CO₂-Druck in einer Mischkammer. Bei geringer Wassertemperatur wird in der Mischkammer ein geringerer CO₂-Druck benötigt als bei höheren Wassertemperaturen.
Auch dieses temperaturabhängig gesteuerte Ventil legt dem Fachmann nicht nahe, eine vom Wasserdruck abhängige Steuerung des dem Wasser beizumischenden CO₂ vorzunehmen. Die temperaturabhängige Steuerung spielt im Zusammenhang mit der Karbonisierung von Leitungswasser keine Rolle.
Aus der US 23 35 595 A ist ein Zapfventil für Getränke bekanntgeworden, das sich ebenfalls mit dem Ausgleich von Temperaturunterschieden befaßt. Zu diesem Zwecke ist auf einer der beiden Seiten einer Membran eine Niedrigdruckkammer und ein Getränkebehälter vorgesehen, während auf der anderen Seite der Membran eine Steuerkammer angeordnet ist. Diese steht mit einem Rohr in Verbindung, in dem sich eine temperaturabhängige Flüssigkeit befindet, deren Dämpfe über die Steuerkammer auf die Membran einen Druckeinfluß ausüben. Diese betätigt bei steigendem Druck in der Steuerkammer ein Gasventil, über das ein Gasedruck in der Niedrigdruckkammer gesteuert wird. Bei steigendem Druck aufgrund verdampfender Flüssigkeit öffnet sich das Gasventil, so dass CO₂ in die Niedrigdruckkammer und damit auch in den Getränkebehälter eingesteuert wird. Senkt sich hingegen bei abfallender Temperatur der Druck in der Steuerkammer, so öffnet sich aufgrund einer entsprechenden Bewegung der Membran ein Entlastungsventil, aus dem CO₂ aus der Niedrigdruckkammer in die Atmosphäre entlassen wird. Auch dieses Beispiel einer Membransteuerung macht deutlich, dass im Bereich von Zapfventilen Membranen zum Aussteuern von CO₂-Druck zur Kompensation von Temperatureinflüssen eingesetzt worden sind. Dieser Verwendungszweck liegt jedoch außerhalb der erfindungsgemäßen Anwendung der Membrane, die Druckschwankungen innerhalb einer zu karbonisierenden Flüssigkeit zur Steuerung des Gasestroms benutzt, der zur Karboniserung der Flüssigkeit eingesetzt wird. Dem Fachmann wurde daher aufgrund der vorbekannten Druckschriften die erfindungsgemäße Lehre nicht nahegelegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht die Membrane auf ihrer der Flüssigkeitskammer zugewandten Seite unter dem Druck von einem elastischen Bauteil, dass eine Einstellungsmöglichkeit aufweist. Mit Hilfe dieses elastischen Bauteils, dass als eine Feder ausgebildet sein kann, ist das Verhältnis des Flüssigkeitsdruckes zum Gasdruck in weiten Grenzen variabel. Die Einstellungsmöglichkeit kann vorzugsweise als eine in Richtung auf die Membrane verstellbare Schraube ausgebildet sein, die in Richtung auf die Membrane in ein Gewinde eingeschraubt werden kann, um den Druck auf die Membrane entweder zu erhöhen oder durch ein Zurückdrehen der Schraube zu vermindern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gaseinlassöffnung von einer Gasanschlussmöglichkeit umgeben, die auf ihrem äußeren Umfang mit einem Gewinde versehen ist, über das ein Gasbehälter an die Gaskammer anschließbar ist. Auf diese Weise kann in kürzester Zeit eine leere Gasflasche gegen eine volle Gasflasche ausgewechselt werden, so dass eine ununterbrochene Begasung von Flüssigkeit ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gasventil über einen mit der Membrane verbunden Stößel steuerbar. Dadurch kann e des Gasventils durch Bewegungen der Membrane unmittelbar beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gaskammer über ein Entlüftungsventil entlüftbar. Dieses Entlüftungsventil sorgt dafür, dass vor einem Wechsel des Gasbehälters die Gaskammer entlüftet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gaskammer mit einem Überdruckventil versehen, so dass im Falle von Betriebsstörungen ein Überdruck in der Gaskammer nicht auftreten kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung münden die Austrittsmöglichkeit für Gas und die Austrittsmöglichkeit für Flüssigkeit in eine Kammer zur gegenseitigen Mischung des Gases mit der Flüssigkeit. Durch die gesonderten Zuleitungen des Gases einerseits und der Flüssigkeit andererseits wird dafür gesorgt, dass in der Kammer ein gleichmäßiges Druckverhältnis zwischen Flüssigkeit und Gas hergestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Membrane eine Einstellung durch die Einstellungsmöglichkeit auf, bei der das Gas gegenüber der Flüssigkeit einen Überdruck von 0,1 bis 0,7 bar aufweist. Bei diesem Druckverhältnis entsteht eine Mischung zwischen Flüssigkeit und Gas, die zu einer Karbonisierung führt, die üblicherweise bei Sodawasser Verwendung findet. Dabei können durch die Einstellmöglichkeiten allerdings auch Druckverhältnisse erzeugt werden, die oberhalb bzw. unterhalb dieser Grenze liegen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.
In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch ein Druckregelventil schematisch dargestellt.
Ein Gehäuse 72 besteht im wesentlichen aus einer Gaskammer 200 und einer Flüssigkeitskammer 201, die durch eine Membrane 80 voneinander getrennt sind. Die Membrane 80 erstreckt sich quer durch einen von dem Gehäuse 72 umschlossenen Innenraum 202. Die Gaskammer 200 und die Flüssigkeitskammer 201 können voneinander getrennte Bauteile darstellen, die durch eine Verbindungsmöglichkeit 75, beispielsweise durch Verschrauben miteinander verbindbar sind.
Die Membrane 80 ist auf ihrer der Flüssigkeitskammer 201 zugewandten Seite mit einer Einstellmöglichkeit 203 verbunden. Diese Einstellmöglichkeit 203 besteht aus einer in Richtung auf die Membrane 80 in einem Gewinde 109 verdrehbaren Schraube 79. Diese Schraube 79 ist von außerhalb des Gehäuses 200 zugänglich und innerhalb des Gewindes 109 verschraubbar. Dabei ist das Gewinde 109 innerhalb der Flüssigkeitskammer 201 so angeordnet, dass es etwa oberhalb eines Mittelpunktes 204 der Membrane 80 mit seiner nicht dargestellten Längsachse verläuft.
In Richtung auf die Membrane 80 schließt sich eine mit einem Stempel 205 versehene Scheibe 78 an, die sich mit dem Stempel 205 an einer unteren Begrenzung der Schraube 79 abstützt.
Die Scheibe 78 beaufschlagt eine sich gegenüber der Membrane 80 abstützende Feder 77, die als eine Spiralfeder ausgebildet sein kann. Diese drückt mit ihrem der Scheibe 78 abgewandten unteren Ende 206 auf eine Auflageplatte 76, die die Membrane 80 beaufschlagt. Diese wird abhängig von einer jeweiligen Einstellung der Schraube 79 mehr oder minder stark in Richtung auf die Gaskammer 200 verformt.
Auf ihrer der Gaskammer 200 zugewandten Seite wird die Membrane 80 von einem Druckteller 81 beaufschlagt, der mit einem Stößel 106 verbunden ist. Dieser Stößel 106 verläuft weitgehend in Richtung des Stempels 205 und damit im Bereich einer sich durch das Gehäuse 72 erstreckenden nicht dargestellten Mittellinie. Er ist mit seinem dem Druckteller 81 abgewandten unteren Ende mit einer Verbindung 207 versehen, die ihn mit einem Gasventil 82 verbindet, das eine Gaseinlassöffnung 83 steuert, durch die eine nicht dargestellte Gasquelle, beispielsweise eine Gasflasche die Gaskammer 200 mit Gas versorgt. Das Gasventil 82 kann selbstständig die Gaseinlassöffnung 83 öffnen und schließen. Dabei wird ihm durch die von der Membrane 80 gesteuerte Verbindung 207 der jeweilige Zeitpunkt für das Öffnen und Schließen und ei Größe der Öffnungs- bzw. Schließbewegung vorgegeben.
Die Gaskammer 200 besitzt eine Gasaustrittsmöglichkeit 40, durch die ein Gasstrom aus der Gaskammer 200 in Richtung auf eine nicht dargestellte Mischkammer geleitet werden kann. Dabei wird ein ebenfalls nicht dargestelltes Weiterleitungssystem an die Gasaustrittsmöglichkeit 40 über einen Flansch 88 angeschlossen. Andere Anschlussmöglichkeiten beispielsweise über ein Schlauchleitungssystem sind denkbar.
Die Gaskammer 200 weist in ihrer Wandung 208 ein Entlüftungsventil 85 auf, über das die Gaskammer 200 entlüftet werden kann. Darüber hinaus ist in der Wandung 208 der Gaskammer 200 noch ein Überdruckventil 74 vorgesehen, das bei Überschreiten eines in der Gaskammer 200 vorgesehenen Druckes öffnet und damit ein Bersten der Gaskammer 200 verhindert.
Die Flüssigkeitskammer 201 ist mit einer Flüssigkeitsöffnung 73 versehen, durch die die Flüssigkeit einer nicht dargestellten Quelle, beispielsweise Leitungswasser in die Flüssigkeitskammer 201 eintritt. Darüber hinaus ist in der Flüssigkeitskammer 201 eine Flüssigkeitsaustrittsmöglichkeit 84 vorgesehen, durch die ein Flüssigkeitsstrom in ein nicht dargestelltes Leitungssystem eintritt, das beispielsweise zu einer ebenfalls nicht dargestellten Mischkammer 100 führt, in der die Flüssigkeit mit dem Gas gemischt wird.
Das Druckregelventil wird einerseits über die Flüssigkeitsöffnung 73 an eine nicht dargestellte Flüssigkeitsquelle angeschlossen und andererseits über die Gaseinlassöffnung 83 mit einem nicht dargestellten Gasevorrat verbunden. Das auf einen bestimmten Gasdruck eingestellte Gasventil 82 gibt den Zutritt des Gases durch die Gaseinlassöffnung 83 frei. Dabei baut sich in der Gaskammer 200 ein bestimmter Gasdruck auf, dessen genaue Höhe mit Hilfe des Gasventils 82 eingestellt wird.
Aufgrund der durch die Flüssigkeitsöffnung 73 in die Flüssigkeitskammer 201 eintretenden Flüssigkeit baut sich in der Flüssigkeitskammer und dem nicht dargestellten sich daran anschließenden Leitungssystem ein Flüssigkeitsdruck auf, der auch auf die Membrane 80 einwirkt und diese entsprechend dem Flüssigkeitsdruck mehr oder minder stark in Richtung auf die Gaskammer 200 verformt. Durch diese Verformung wird der Stößel 106 in Richtung auf das Gasventil 82 verschoben. Entsprechend der Verschiebung verändert sich der am Gasventil 82 eingestellte Einlassdruck, so dass bei starker Verformung der Membrane 80 ein höherer Gasdruck in die Gaskammer 200 eingesteuert wird als bei schwacher Verformung der Membrane 80. Sollte in folge einer Betriebsstörung das Gasventil 82 nicht ordnungsgemäß arbeiten, so dass sich in der Gaskammer 200 ein Gasdruck aufbaut, der höher als zulässig ist öffnet das Überdruckventil 74, bis der Überdruck abgebaut ist. Bevor sich in der Gaskammer 200 der für den Betrieb vorgesehene Gasdruck aufbaut, wird das Ventil 85 geöffnet, aus dem gegebenenfalls innerhalb der Gaskammer 200 vorhandene Gasreste abgelassen werden können.

Claims

Druckregelventil zur Steuerung eines Gasdruckes in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsdruck, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (72) in zwei durch eine elastische Abtrennung (80) voneinander getrennte Kammern (200, 201) unterteilt ist, von denen eine Gaskammer (200) mit einer Gaseinlassöffnung (83) und eine Flüssigkeitskammer (201) mit einer Flüssigkeitsöffnung (73) versehen ist, und die Gaseinlassöffnung (83) mit einem selbstständig schließenden Gasventil (82) verschließbar ist, das mit der elastische Abtrennung (80) steuerbar zur Erzeugung gleicher Volumenströme des Gases einerseits der Flüssigkeit andererseits verbunden ist, die jeweils über voneinander getrennte Austrittsmöglichkeiten (40, 94) ableitbar sind.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Abtrennung (80) als eine metallbewehrte Membrane ausgebildet ist, die von einem elastischen Bauteil auf ihrer der Flüssigkeitskammer (201) zugewandten Seite beaufschlagt ist.
Druckregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Bauteil als eine Feder (77) ausgebildet ist.
Druckregelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Bauteil eine Einstellungsmöglichkeit für einen von ihm auf die Membrane (80) ausgeübten Druck aufweist.
Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Einstellungsmöglichkeit (203) als eine in Richtung auf die Membrane (80) verstellbare Schraube (79) ausgebildet ist, die über eine Scheibe (78) auf das elastische Bauteil einwirkt.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Bauteil über eine Auflageplatte (76) die Membrane (80) beaufschlagt.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlassöffnung (83) von einer Gasanschlussmöglichkeit (84) umgeben ist, die auf ihrem äußeren Umfang mit einem Gewinde (135) versehen ist, über das ein Gasbehälter an die Gaskammer anschließbar ist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (82) über einen mit der Membrane (80) verbundenen Stößel (106) steuerbar ist.
Druckregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (106) über einen Druckteller (81) mit einer der Gaskammer (200) zugewandten Seite der Membrane (80) verbunden ist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das die Gaskammer (200) über ein Lüftungsventil (85) entlüftbar ist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskammer (200) mit einem Überdruckventil (74) versehen ist.
Druckregelventil nach einem Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsmöglichkeit (40) für Gas und die Austrittmöglichkeit (94) für Flüssigkeit getrennt voneinander in eine Kammer zur gegenseitigen Mischung des Gases und der Flüssigkeit münden.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskammer (200) einerseits und die Flüssigkeitskammer (201) andererseits zwei voneinander getrennte Bauteile darstellen, die über ein Gewinde zur Herstellung des Gehäuses (72) miteinander verschraubbar sind.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (80) im Bereich des die beiden Kammern miteinander verbindenden Gewindes in dem Gehäuse (72) befestigt ist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (80) eine Einstellung durch die Einstellungsmöglichkeit (203) aufweist, bei der das Gas gegenüber der Flüssigkeit einen Überdruck von 0,1 bis 0,7 bar aufweist.
Druckregelventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck sowohl oberhalb als auch unterhalb des Überdruckes von 0,1 bis 0,7 bar gegenüber dem Flüssigkeitsdruck steuerbar ist.