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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Druckmindereranordung zur Regelung des Drucks
beim Füllen und/oder
Nachfüllen
von Heizungsanlagen enthaltend:
- (a) ein Gehäuse mit
einem Einlass und einem Auslass,
- (b) einen gehäusefesten
Einsatz, der durch eine Membran abgeschlossen ist und mit der Membran eine
Druckkammer bildet;
- (c) ein einen Ventilsitz bildendes Ventilsitzteil, welches mit
einem Ventilteller zusammenwirkt, der ein federbeaufschlagtes Regelventil
zur Druckregelung bildet;
- (d) Verbindungsmittel zum Verbinden der Membran mit dem Ventilteller,
wobei die Verbindungsmittel einen Steuerungskanal zum Druckausgleich
zwischen Auslass und Druckkammer aufweisen.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 0 650 109 A1 ist
eine Druckmindereranordnung bekannt. Die Druckmindereranordnung
umfasst ein zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnetes
Ventil. Das Ventil wird von einem gehäusefesten Ventilsitz und einem beweglichen
Ventilteller gebildet. Der Ventilteller ist über ein Ventilstößel fest
mit einer koaxial angeordneten, federbeaufschlagten Regelmembran
verbunden. Zwischen dem Ventilteller und der Regelmembran ist ein trichterförmiges Einsatzgehäuse angeordnet.
Das Ventilstößel ist
beweglich in dem Einsatzgehäuse
geführt.
Zusammen mit der Membran bildet das Einsatzgehäuse eine Regeldruckkammer.
Die Regeldruckkammer steht über
Steuerkanäle
mit dem Auslass in Verbindung. In der Regeldruckkammer herrscht
somit immer Auslassdruck. Der Auslassdruck wirkt auf die Regelmembran.
Wenn der Auslassdruck abfällt,
fällt der
Druck in der Regeldruckkammer. Die Feder bewegt die Membran, und über den
Ventilstößel den
Ventilteller weg vom Ventilsitz. Dadurch wird das Ventil geöffnet. Wasser
kann vom Einlass zum Auslass fließen, bis der Ausgangsdruck auf
einen Wert steigt, bei dem die Membran wieder zurück bewegt
wird.
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Druckminderer
werden unter anderem zwischen einem Systemtrenner und einer Heizungsanlage
eingesetzt um während
des Füll-
oder Nachfüllvorgangs
einen Überdruck
in der Heizungsanlage zu verhindern. Nachteilig bei den bekannten
Druckminderern ist es, dass das Druckmindererventil mit steigendem
Anlagendruck in der Heizung schließt. Dadurch sinkt der Füllvolumenstrom.
Der Nachfüllvorgang
dauert daher sehr lange.
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Es
sind Druckminderer bekannt, bei denen das Ventil mit einem Hebel
in eine permanente Offen-Stellung einstellbar ist. Dies birgt jedoch
die Gefahr, dass der Nutzer den Zeitpunkt zum Rückstellen des Hebels verpasst.
Es sind weiterhin Druckminderer bekannt, bei denen die vollständige Offen-Stellung
durch Drücken
eines Knopfes hestellbar ist. Dies ist für den Nutzer jedoch mühsam, da
er den Knopf permanent während
des Füllvorgangs
gedrückt
halten muß.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Druckmindereranordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit welcher ein schnelleres und einfacheres
Füllen
oder Nachfüllen
der Heizungsanlage ohne die Gefahr eines Überdrucks möglich ist. Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Kanal mit einem Hilfsventil versehen ist, welches bei geringem
Ausgangsdruck schließt
und bei Erreichen eines Schwellwerts öffnet.
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Dieses
Hilfsventil bewirkt, dass kein Druckausgleich zwischen dem Auslass
und der Druckkammer erfolgt. Ein Druckanstieg in der Heizungsanlage während des
Befüllens
hat somit keine Auswirkung auf die Ventilstellung des Regelventils.
Die Heizungsanlage wird über
die gesamte Zeit mit hohem Füllvolumenstrom
befüllt.
Erst wenn ein gewünschter Schwellwert
erreicht wird, öffnet
das Hilfsventil. Darm liegt der Ausgangsdruck in der Druckkammer
an. Der Druck in der Druckkammer wirkt auf die Membran, welche dann
eine Schließbewegung
des Ventiltellers bewirkt. Das Regelventil wird geschlossen.
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Vorzugsweise
wirkt der Ventilteller mit einem auslassseitigen, um den Steuerungskanal
herum angeordneten Teil mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, welcher
auf der Innenseite des Gehäuses
im Auslass vorgesehen ist. Dabei kann durch das geöffnete Druckmindererventil
Wasser um das Ventil herum fließen.
Die Wirkfläche
für den
Ausgangsdruck wird jedoch reduziert. Die Verbindungsmittel können eine durch
die Membran ragenden Ventilspindel mit einem koaxialen Durchgang
umfassen, an deren Membran-abgewandten Ende der Ventilteller vorgesehen ist.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist im Gehäuse eine zylindrische Aussparung
vorgesehen, in der ein zylindrischer, vorstehender Stecker eingesetzt
ist. Eine Ringdichtung ist auf den vorstehenden Teil des Steckers
aufgesteckt, die den Ventilsitz des Hilfsventils bildet. Diese Anordnung
erlaubt eine kostengünstige
Fertigung des Gehäuses.
Der Stecker kann einen Bund aufweisen, mit dem die Einstecktiefe
definiert wird. Die Ringdichtung wird fest auf dem Stecker gehalten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein
koaxialer, rohrförmiger
Vorsprung mit geringerem Durchmesser als der Ventilteller auslassseitig
an dem Ventilteller angeformt, der auf dem vorstehenden Teil des
Steckers geführt
ist. Der Stecker dient also einmal als Halterung für die Ringdichtung
und zum anderen als Führung
für den Ventilteller
bzw. die Ventilspindel. Die Ventilspindel wird also einmal mit einer
Dichtung in dem Einsatz geführt
und zum anderen auf dem Stecker. Weitere Führungen sind nicht erforderlich.
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Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen vollständig
geöffneten
Druckminderer zum Nachfüllen.
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2 zeigt
den Druckminderer aus 1 in geschlossenem Zustand.
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3 zeigt
den Druckminderer aus 1 und 2 während der
Regelung.
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4 illustriert
den Füllverlauf
einer Heizungsanlage mit einem Druckminderer nach dem Stand der
Technik.
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5 illustriert
den Füllverlauf
der Heizungsanlage aus 4 mit einem Druckminderer aus 1 bis 3.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
mit 10 ein Gehäuse
bezeichnet. Das Gehäuse 10 weist
einen Einlassanschluss 12 und einen damit fluchtenden Auslassanschluss 14 auf.
Mit dem Einlassanschluss 12 und dem Auslassanschluss 14 ist
das Gehäuse 10 eine
Wasserleitung zwischen einem Systemtrenner und einer Heizungsanlage
(nicht dargestellt) eingebaut. Das Gehäuse weist eine Trennwand 16 auf.
Die Trennwand 16 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 10 in
eine Einlasskammer 18 und eine Auslasskammer 20.
In der Trennwand 16 ist ein Durchbruch 22 gebildet.
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Das
Gehäuse 10 weist
weiterhin einen Stutzen 24 auf. Der Durchmesser des Stutzens 24 ist
größer als
der Durchmesser des Einlassanschlusses 12 und des Auslassanschlusses 14.
Der Stutzen 24 fluchtet mit dem Durchbruch 22.
Der Stutzen 24 bildet auf der Innenseite eine erste Ringschulter 26 sowie auswärts davon
eine zweite Ringschulter 28. In einem Randteil 30 des
Stutzens 24 ist ein Innengewinde 32 gebildet.
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In
den Stutzen 24 ist ein Druckminderereinsatz 34 eingesetzt.
Der Druckminderereinsatz 34 hat eine trichterförmige Grundform.
Der Druckminderereinsatz sitzt mit einem Rand 36 auf der
ersten Ringschulter 26 auf. Auf der Stirnfläche des
Randes 36 und der zweiten Ringschulter 28 liegt
ein Dichtring 38. Auf dem Dichtring 38 liegt der
Rand einer Regelmembran 40. Die Regelmembran 40 wird
von einer Schraubkappe 42 festgeklemmt, die mit einem mit Außengewinde
versehenen Rand 44 in das Innengewinde 32 des
Stutzens 24 eingeschraubt ist. Die Wirkfläche der
Regelmembran 40 entspricht der Fläche, die von dem Dichtring 38 umschlossen
wird.
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Der
Druckminderereinsatz 34 bildet mit der Regelmembran 40 eine
Regeldruckkammer 46.
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Der
Druckminderereinsatz 34 weist ferner einen Ventilsitz 48 auf.
Der Ventilsitz 48 ist abdichtend in den Durchbruch 22 eingesetzt.
Der Ventilsitz 48 ist über
Stege 50 mit dem die Regeldruckkammer 46 bildenden
Einsatzgehäuse
des Druckminderereinsatzes 34 verbunden. Durch eine Querbohrung 52 und eine
als Mittenbohrung 53 ausgestaltete Steuerbohrung ist die
Regeldruckkammer 46 über
ein noch zu beschreibendes zweites Steuerventil 100 mit
der Auslasskammer 20 verbunden. In der Regeldruckkammer 46 herrscht
somit der Auslassdruck, wenn das Steuerventil 100 geöffnet ist
(s. 2).
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In
der Regelmembran 40 ist ein Ventilstößel 54 befestigt.
Der Ventilstößel 54 weist
unterhalb der Regelmembran einen verdickten Abschnitt auf und erstreckt
sich mit einer Spindel 56 durch die Regelmembran 40 hindurch.
Die Spindel 56 weist einen Bund 58 auf. Die Regelmembran 40 sowie
ein auf der Regelmembran 40 aufliegender Membranteller 60 sind
zwischen dem verdickten Abschnitt und dem Bund 58 eingeklemmt.
Die Spindel 56 ist in dem Einsatz 34 abdichtend
geführt.
Mit anderen Worten: die Regelmembran 40 ist fest mit dem
Ventilstößel 54 verbunden.
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Eine
Schraubenfeder 62 ist an einem Federwiderlager 64 abgestützt. Das
Federwiderlager 64 ist axial verstellbar. Dadurch kann
die Vorspannung der Schraubenfeder 62 eingestellt werden.
Diese Vorspannung der Schraubenfeder 62 wirkt an der Regelmembran 40 dem
Druck der Regeldruckkammer 46, also dem Ausgangsdruck entgegen.
An dem Ventilstößel 54 ist
ein Ventilteller 66 mit einer Dichtung 69 befestigt.
Der Ventilteller 66 werkt mit dem Ventilsitz 48 zusammen.
Durch die Regelmembran 40 wird der Ventilstößel 54 und
der daran sitzende Ventilteller 66 so bewegt, dass ein
Gleichgewichts-Zustand besteht. Die Einstellung der Vorspannung
der Schraubenfeder 62 bestimmt daher den Auslassdruck.
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Bei
geringem Ausgangsdruck wird der Ventilteller 66 nach unten
in der Darstellung bewegt und das Ventil öffnet. Dies ist in 1 dargestellt.
Bei hohem Ausgangsdruck wird der Ventilteller 66 nach oben
in den Ventilsitz 48 bewegt und das Ventil schließt. Es kann
kein Wasser mehr vom Einlass zum Auslass fließen.
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Bis
auf das Ventil 100 sind die bisher beschriebenen Komponenten
Bauteile herkömmlicher Druckminderer.
Beim Füllen
oder Nachfüllen
einer Heizungsanlage werden solche Druckminderer verwendet um den
Eingangsdruck zu begrenzen und zu vermeiden, dass die Heizungsanlage überfüllt wird, d.h.
dass sich ein Überdruck
ausbildet. Dies würde zum Öffnen des
in der Heizungsanlage gewöhnlich vorhandenen
Sicherheitsventils führen.
Der Druckminderer wird daher auf den gewünschten Druck eingestellt.
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Beim
Füllen
der Heizungsanlage steigt der Ausgangsdruck kontinuierlich an. Dies
führt dazu, dass
der herkömmliche
Druckminderer sich langsam schließt und der Füllvolumenstrom
mit der Zeit geringer wird. Dies ist in 4 dargestellt.
Man erkennt, dass gegen Ende der Füllzeit nur noch geringe Wassermengen
fließen.
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Mit
der in 1 bis 3 dargestellten Druckmindereranordnung
wird bis zu einem Grenz-Ausgangsdruck
vergleichsweise schnell befüllt.
Erst bei Erreichen des gewünschten
Grenzwertes schließt
der Druckminderer abrupt. Das Ventilverhalten des Druckmindererventils,
das aus dem Ventilteller 66 und dem Ventilsitz 48 gebildet
ist, wird auf die nachfolgend beschriebene Weise erreicht:
Im
Gehäuseboden
des Gehäuses 10 ist
eine Halterung 68 für
Ringdichtung 70 eingelassen. Die Halterung 68 ist
zylindrisch. Die Ringdichtung 70 ist auf die Halterung
aufgesteckt. Sie bildet einen Ventilsitz für ein Hilfsventil 100.
Das Hilfsventil 100 umfasst einen rohrförmigen Ventilschließkörper 72,
der auf der Unterseite des Ventilsitzes 48 angeformt ist.
Der Ventilschließkörper 72 ist
auf der Halterung 68 geführt. Der rohrförmige Ventilschließkörper 72 wirkt
mit dem Ventilsitz 70 zusammen. Mit dem Hilfsventil 100 wird der
Durchfluss durch die Steuerbohrung 53 gesteuert, die mit
der Regeldruckkammer 46 in Verbindung steht. Wenn das Hilfsventil 100 geöffnet ist,
arbeitet der Druckminderer wie ein herkömmlicher Druckminderer.
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Beim
Befüllen
der Heizungsanlage ist der Ausgangsdruck sehr gering. Das Ventil
des Druckminderers ist weit geöffnet,
der Ventilstößel befindet sich
in seiner untersten Stellung und das Hilfsventil 100 ist
entsprechend geschlossen. Diese Situation ist in 1 dargestellt.
Das Wasser kann mit hohem Volumenstrom vom Einlass durch das Ventil
um das Hilfsventil herum zum Auslass strömen.
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Wenn
sich die Heizungsanlage füllt,
steigt der Auslassdruck. Da die Regeldruckkammer 46 und die
Steuerbohrung 53 jedoch aufgrund des geschlossenen Hilfsventils 100 nicht
mit dem Auslass in Verbindung stehen, bleiben die vom Wasserdruck
verursachten Kräfte
auf die Regelmembran 40 gleich. Lediglich die Kräfte auf
den Ventilteller 66 steigen an und wirken der Federkraft
entgegen. Die für
den Auslassdruck wirksame Wirkfläche
ist um die Fläche,
die von dem Ventilschließkörper abgedeckt
wird, reduziert.
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Bei
Erreichen eines bestimmten Ausgangsdrucks entspricht die Kraft auf
die effektive Wirkfläche
am Ventilteller 66 der Federkraft. Dann öffnet das Hilfsventil 100.
Dies ist in 3 gezeigt. Vergleichsweise abrupt
herrscht nun auch der Ausgangsdruck in der Regeldruckkammer 46.
Der Druckanstieg in der Regeldruckkammer aufgrund der Vergrößerung der
Wirkfläche
führt zu
einer Aufwärtsbewegung
der Regelmembran 40 und damit des Ventilstößels mit dem
Ventilteller 66. Das Druckmindererventil regelt nun den
Ausgangsdruck wie zuvor beschrieben. Überschreitet der Ausgangsdruck
einen durch die Feder bestimmten Wert, so schließt es, wie dies in 2 dargestellt
ist.
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Besonders
vorteilhaft bei der beschriebenen Anordnung ist es, dass das Hilfsventil
bereits kurz vor Erreichen des gewünschten Ausgangsdrucks öffnet und
den Druckminderer in seinen Normalbetrieb versetzt. Dies wird dadurch
erreicht, dass die Elongation der Feder in der in 2 gezeigten
Stellung eine andere ist, als in der in 1 gezeigten
Stellung. Die Federkraft einer Druckfeder ist aber bei größerer Elongation
geringer. Es ist also ein geringerer Ausgangsdruck erforderlich,
um das Hilfsventil 100 zu öffnen. Es öffnet daher bevor das Hauptventil schließt.
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Der
Effekt ist in 5 deutlich zu erkennen. Während des
Füllvorgangs
steigt der Ausgangsdruck schnell an. Der Füllvolumenstrom sinkt nur in
wesentlich geringerem Maße
ab, als bei Druckminderern ohne Hilfsventil. Wenn das Hilfsventil öffnet, ist
der Füllvorgang
vollendet. Der Füllvorgang
benötigt
nur etwa die Hälfte
der Zeit.