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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Druckminderer-Filteranordnung für
Trinkwasser mit einem in einer Filtertasse angeordneten Rückspülfilter
und einem koaxial zumindest teilweise innerhalb des Rückspülfilters angeordneten
Druckminderer mit einem membrangesteuerten Druckmindererventil,
wobei die Membran gegen den Druck in einem Hohlraum und einer in dem
Hohlraum angeordneten Feder vom Ausgangsdruck der Druckminderer-Filteranordnung
beaufschlagt ist.
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Ein
Druckminderer ist ein federbeaufschlagtes Ventil, mit welchem der
Eingangsdruck einer Trinkwasserversorgung auf einen konstanten Wert, beispielsweise
4 bar, geregelt wird. Zusätzlich ist es wünschenswert
das Trinkwasser, welches etwa vom Wasserwerk für Gebäude
bereitgestellt wird, vor der Entnahme zu filtern.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 39 18 667 A1 ist
eine Armatur bekannt, in welcher ein Druckminderer und ein Filter kombiniert
werden. Der Druckminderer ist innerhalb eines zylindrischen Filters
angeordnet. Über eine Gewindespindel ist das Widerlager
einer die Membran des Druckminderers beaufschlagenden Feder von außen
einstellbar. Die Gewindespindel ist hierzu durch die Filtertasse
hindurch nach außen geführt.
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Zum
Reinigen des Filters ist bei Rückspülfiltern eine
Rückspülung vorgesehen. Dabei wird die Strömung
durch den Filter umgekehrt. Das Wasser fließt zusammen
mit den Schmutzpartikeln aus dem Filter zu einem Ablauf. Das ist
der Rückspülbetrieb. Wenn der Filter in ausreichendem
Maße gesäubert ist, wird die Strömung
wieder in der ursprünglichen Richtung durch den Filter
geleitet. Das ist der Normalbetrieb. Ein Rückspülfilter
hat den Vorteil, dass das Filtermaterial nicht ausgetauscht werden
muss. Der für die Rückspülung erforderliche
Ablauf ist seitlich im oberen Bereich der bekannten Anordnung vorgesehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die kleiner und kostengünstiger herstellbar
ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch
gelöst, dass der Hohlraum, in welchem die Feder angeordnet
ist, nach außen vollständig abgeschlossenen ist,
und von einem Druckminderer-Filtereinsatz gebildet ist, der einen
den Hohlraum bildenden ersten, zylindrischen Druckminderergehäuseteil
und einen koaxial um den Druckminderergehäuseteil angeordneten
Filterteil aufweist, wobei zwischen dem Druckminderergehäuseteil
und dem Filterteil ein Ringraum gebildet ist.
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Der
Druckminderer ist von außen nicht mehr zugänglich.
Der Hohlraum, in welchem die Feder angeordnet ist, ist vollständig
abgeschlossen. Die Federkraft wird bereits werkseitig bei der Montage
eingestellt. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine
voreingestellte Druckminderer-Filteranordnung den Anforderungen
an die Druckstabilität genügt und nachträglich
nicht mehr eingestellt werden braucht, wenn die Temperaturschwankungen
klein sind. Dies ist bei der Trinkwasserversorgung gewöhnlich
der Fall. Dann kann die Anordnung wesentlich kompakter gestaltet
werden. Insbesondere ermöglicht die Verwendung eines nach
außen abgeschlossenen Hohlraums die Verwendung eines kompakten
Druckminderer-Filtereinsatzes. Der Druckminderer-Filtereinsatz bildet
einerseits den abgeschlossenen Hohlraum. Andererseits bildet der Druckminderer-Filtereinsatz
einen koaxial um den Druckminderergehäuseteil angeordneten
Filterteil. Die Anordnung wird dadurch sehr kompakt. Zwischen dem
Druckminderergehäuseteil und dem Filterteil ist ein Ringraum
gebildet. Über den Ringraum wird die Strömung
zur Filterung durch den Filter nach außen geleitet. Im Rückspülbetrieb
wird die Strömung in umgekehrter Richtung durch den Filter
in den Ringraum und von dort abgeleitet. Die Anordnung wird bei
gleicher Durchfluss- und Filterleistung kleiner und kostengünstiger.
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Der
Filterteil des Druckminderer-Filtereinsatzes kann einen Filterstützkörper
mit einer Vielzahl von Verstärkungsrippen umfassen. Dann
kann ein separates Filtersieb vorgesehen sein, welches vom Filterteil
des Druckminderer-Filtereinsatzes gestützt wird. Alternativ
bildet der Filterteil den Filter selber.
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Vorzugsweise
ist im Boden der Filtertasse ein verschließbarer Ablauf
vorgesehen. Da der Hohlraum und die darin vorgesehene Feder von
außen nicht mehr zugänglich sein müssen,
kann der Ablauf nun anders als bei bekannten Anordnungen an der tiefsten
Stelle vorgesehen sein. Filtertasse, Druckminderer-Filtereinsatz,
Druckmindererventil und Ablauf sind koaxial angeordnet. Dadurch
wird die Strömungsführung vereinfacht. Die Anordnung
wird bei gleicher Durchfluss- und Filterleistung kleiner und kostengünstiger.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Ringraum zwischen dem
Druckminderergehäuseteil und dem Filterteil ein drehbar
gelagertes Kanalelement eingesteckt, welches Kanäle aufweist,
die einerseits mit einem Ablauf verbunden sind und andererseits
nach außen zum Filterteil öffnen, und wobei in
den Kanälen im Rückspülbetrieb ein Sog
erzeugbar ist, mit welchem eine Strömung in umgekehrter
Richtung durch den Filter und nach außen erzeugbar ist.
Die Öffnungen in den Kanälen des Kanalelements überstreichen
bei der Rotation den Filter. Durch den Sog werden die Schmutzpartikel
durch die Kanäle abgesaugt. Da die wirksame Querschnittsfläche
der Kanäle wesentlich kleiner ist, als die Filteroberfläche
wird die Saugwirkung bei gleicher Strömungsmenge im Rückspülbetrieb
verstärkt.
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Vorzugsweise
ist das Kanalelement mit Flügeln versehen. Zwischen den
Flügeln können Aussparungen gebildet sein. Mit
den Flügeln werden Öffnungen alternierend abgedeckt,
welche eine Verbindung zum Ablauf herstellen. Auf diese Weise erfolgt der
Rückspülbetrieb pulsierend.
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Das
Kanalelement kann von Hand oder mittels eines Motors rotiert werden.
Zu diesem Zweck ist das Kanalelement formschlüssig mit
einem Griff verbunden.
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In
einer besonders kompakten Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckminderer-Filtereinsatz
innerhalb einer Filterhülse angeordnet, wobei zwischen
der Filtertasse und der Filterhülse ein äußerer
Ringraum gebildet ist, welcher mit einem Einlass der Druckminderer-Filteranordnung
in Verbindung steht und wobei zwischen der Filterhülse
und dem Druckminderer-Filtereinsatz ein gegenüber dem äußeren
Ringraum abgeschlossener, mittleren Ringraum gebildet ist, welcher über
das Druckmindererventil mit einem Auslass der Druckminderer-Filteranordnung
in Verbindung steht. Das Wasser strömt dann im Normalbetrieb
vom Einlass in den äußeren Ringraum. Von dort
strömt es in den Innenraum des Filters. Beim Durchgang
vom Innenraum nach außen in den mittleren Ringraum durch
den Filter wird das Wasser gefiltert. Vom mittleren Ringraum strömt
das Wasser zum Auslass. Dabei passiert es das Druckmindererventil.
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Vorzugsweise
ist eine zusätzliche Verbindung des äußeren
Ringraums mit dem Ablauf. vorgesehen. Durch die zusätzliche
Verbindung können Grobpartikel ohne Filterdurchgang zum
Ablauf gelangen. Dadurch wird die Verstopfung des Filters vermieden.
Die Grobpartikel werden bei der Rückspülung mit
entsorgt, wenn der Ablauf geöffnet wird.
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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 ist
eine perspektivische Darstellung einer Druckminderer-Filter-Armatur
von außen.
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2 ist
ein Schnitt durch die Armatur aus 1 im Rückspülbetrieb.
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3 ist
eine perspektivische Darstellung der Filterhülse der Armatur
aus 1 im Detail.
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4 zeigt
den Bodenbereich der Filtertasse im Detail.
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5 ist
ein vergrößerter Ausschnitt des Querschnitts durch
die Armatur aus 1.
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6 zeigt
ein Detail der Filteranordnung und illustriert die Lage des Filtersiebs
relativ zu den Verstärkungsrippen.
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7 ist
eine perspektivische Darstellung des Kanalelements für
die Armatur aus 1.
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8 ist
ein vergrößerter Ausschnitt aus 2.
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9 ist
eine Explosionsdarstellung von Teilen der Armatur aus 1 mit
Filtertasse und Kanalelement.
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10 ist
ein Schnitt entlang der Achse C-C in 2.
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11 zeigt
die Anordnung aus 1 mit geschlossenem Kugelventil
in Betriebsstellung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine allgemein mit 10 bezeichnete Druckminderer-Filter-Armatur
für Trinkwasser. Die Armatur 10 hat ein Armaturengehäuse 12 mit
einem Einlass 14 und mit einem koaxial zum Einlass angeordneten
Auslass 16. Mit dem Einlass 14 wird die Armatur
an eine – nicht dargestellte – Trinkwasserversorgung
angeschlossen. Das aus dem Auslass 16 strömende
Wasser wird an Zapfstellen in einem Gebäude weitergeleitet.
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Die
Druckminderer-Filter-Armatur 10 weist eine Filtertasse 18 aus
Kunststoff auf. Die Filtertasse 18 ist mit einem Deckel 20 verschraubt.
Der Deckel 20 verschließt die Filtertasse 18 nach
oben. Über einen nachstehend beschriebenen Anschlussstutzen 22 ist
der Deckel 20 mit dem Armaturengehäuse 12 verschraubt.
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Im
Bodenbereich der Filtertasse 18 ist ein Ablauf 26 vorgesehen.
Der Ablauf 26 ist mittels eines Kugelventils 28 (2)
verschlossen. Ablauf 26 und Kugelventil 28 sind
in einem gegenüber der Filtertasse 18 verdrehbar
gelagerten, unteren Gehäusegriffteil 30 angeordnet.
Der Ablauf 26 ist fest mit dem unteren Gehäusegriffteil 30 verbunden
und erstreckt sich durch den Boden 24 dieses unteren Gehäusegriffteils 30.
Das Kugelventil 28 weist eine Kugel 29 und eine
mit der Kugel verbundene Ventilspindel 31 auf. Die Ventilspindel 31 ist
nach außen geführt. Ein Griff 32 ist
mittels einer Schraube 33 mit der Ventilspindel verschraubt.
In der Kugel 29 ist eine Bohrung 35 vorgesehen.
Die Bohrung 35 fluchtet in der Rückspülstellung
mit dem Ablauf 26. Dann ist das Kugelventil geöffnet. 11 zeigt
die Situation, wenn die Kugel 29 um 90° mittels
des Griffs 32 verdreht ist. Dann verläuft die
Bohrung 35 senkrecht zum Ablauf 26. Das Kugelventil
ist geschlossen. Das ist die Betriebsstellung.
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Koaxial
ist in der Filtertasse 18 eine Filterhülse 34 angeordnet.
Die Filterhülse 34 ist mit umlaufenden Rippen 36 versehen.
Die Filterhülse 34 ist in 3 noch einmal
separat dargestellt. Die Rippen 36 erzeugen aus der axialen
Strömung im Hohlraum 38 eine umlaufende Strömung
zwischen Filterhülse 34 und Filtertasse 18.
Dadurch werden grobe Schmutzpartikel nach außen gedrückt
und fallen nach unten. Zwischen der Innenwandung der Filtertasse 18 und der
Außenwandung der Filterhülse 34 ist ein
Ringraum 38 gebildet. Der Ringraum 38 ist über
einen ringförmigen Durchgang 40 im Deckel 20 und
im Stutzen 22 mit dem Einlass 14 im Armaturengehäuse 12 verbunden.
Der Ringraum 38 mündet im unteren Bereich der
Filtertasse 18 in einem Hohlraum 42. Der Hohlraum 42 wird
nach unten von einem kegelstumpfförmigen Ringteil 44 abgeschlossen.
Am äußeren Rand des Ringteils 44 sind Öffnungen 46 vorgesehen.
Die Öffnungen 46 erstrecken sich über
vier voneinander getrennte Winkelabschnitte des Ringteils 44.
Die Öffnungen sind in der Vergrößerung
in 4 zu erkennen. Durch die Öffnungen 46 können die
mit der Fliehkraft nach außen gedrückten, groben Schmutzpartikel
von dem Ringraum 38 außen nach unten gelangen.
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Koaxial
in der Filterhülse 34 ist im Innenraum ein Druckminderer-Filtereinsatz 48 angeordnet.
Der Druckminderer-Filtereinsatz 48 ist ein integriertes Kunststoffteil,
welches einerseits als Filterstützkörper wirkt
und andererseits als Gehäuse für den nachstehend
beschriebenen Druckminderer. 5 zeigt
den Druckminderer-Filtereinsatz 48 im Detail. Der Druckminderer-Filtereinsatz 48 weist
auf der Unterseite einen sich in radialer Richtung erstreckenden
Ringabschluss 50 auf. Der Ringabschluss 50 liegt
dichtend an am unteren Ende der Filterhülse 34 an.
Eine Vielzahl von ringförmigen Verstärkungsrippen 52 sind axial übereinander
angeordnet. Die Verstärkungsrippen 52 bilden eine
zylindrische Form, an deren Innenseite ein zylindrisches Filtersieb 54 abgestützt
ist. Dies ist in 6 erkennbar. Zwischen der Filterhülse 34 und
dem von den Verstärkungsrippen 52 gebildeten Filterstützkörper
ist ein weiterer Ringraum 56 gebildet. Im oberen Bereich 58 des
Druckminderer-Filtereinsatzes 48 ist der Filterstützkörper
mit einem Gehäuseteil 60 für einen Druckminderer
verbunden. Das ebenfalls koaxial angeordnete Gehäuseteil 60 ist im
wesentlichen zylindrisch. Es sitzt innerhalb des Filterstützkörpers.
Auf seiner Unterseite ist es mit einem Stopfen 62 verschlossen.
An der Oberseite bildet es einen Stutzen 64.
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Zwischen
der Außenwandung des Gehäuseteils 60 und
der Innenseite des von den Verstärkungsrippen 52 gebildeten
Filterstützkörpers ist ein Hohlraum 66 gebildet.
In den Hohlraum 66 ist ein drehbar gelagertes Kanalelement 68 von
unten eingesteckt. Das Kanalelement 68 ist in 7 gesondert
dargestellt. Das Kanalelement 68 hat eine zylindrische
Grundform mit einem oberen und einem unteren Ring 70 und 72.
Die Ringe 70 und 72 sind über vier Stege 74 miteinander
verbunden. Die Stege 74 erstrecken sich entlang des Umfangs über
einen Winkelabschnitt. Zwischen den Stegen sind Öffnungen 76 gebildet,
welche sich quasi über die gesamte Höhe des Kanalelements 68 erstrecken.
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Jeder
der Stege 74 weist axiale Kammern mit vier übereinanderliegenden,
nach außen gerichteten Öffnungen 78 auf.
Die Öffnungen 78 der verschiedenen Stege sind
in unterschiedlicher Höhe angeordnet. So ist beispielsweise
die unterste Öffnung 78 des Stegs 74 höher
angeordnet, als die unterste Öffnung 82 des Stegs 80.
Auf diese Weise ist auf jeder Höhe zumindest eine Öffnung
in einem Steg vorgesehen. Die Öffnungen 78, 82 liegen
in axialer Richtung auf der Höhe des Filtersiebs 54 und
der Verstärkungsrippen 52. In 5 ist
die Situation dargestellt, bei der die großen Öffnungen 76 gerade
in der Schnittebene liegen. In 8 ist die
Situation dargestellt, bei der das Kanalelement 68 winkelversetzt
ist. Dann sind die Öffnungen 78 und die gegenüberliegende
Kammerwandung 84 in den Stegen 74 gerade in der
Schnittebene zu erkennen.
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In
den unteren Ring 72 des Kanalelements 68 ist außen
ein trichterförmiger Boden 86 eingeklipst. Der
Boden 86 stützt sich auf Nasen 98 auf
der Innenseite der Filtertasse 18 ab. Der innere Bereich des
Kanalelements 68 weist einen ebenfalls trichterförmigen
Boden 88 auf. Der äußere Boden ist über
einen Kanal 90 mit dem Ablauf 26 verbunden, wie
dies in 2 zu erkennen ist. Auf diese
Weise sind die in den Stegen 74 gebildeten Kammern mit
dem Ablauf 26 verbunden. Wenn Kugelhahn 28 geöffnet
(Rückspülbetrieb) wird fließt Wasser
nach unten durch den Ablauf 26 ab. Dabei entsteht eine
Sogwirkung in den Kammern in den Stegen 74. Diese saugen über
die nach außen gerichteten Öffnungen 78, 82 Partikel
im Rückspülbetrieb aus dem Filtersieb 54.
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Der
sich an den trichterförmigen Boden 86 anschließende
Kanal 90 ist auf der Außenseite mit Flügeln 92 versehen.
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Das
Kanalelement 68 weist im unteren Bereich des Ablaufs 26 einen
Außensechskant 69 auf. Über den Außensechskant 69 ist
das Kanalelement 68 formschlüssig mit einem Innenteil 71 des
Gehäusegriffteils 30 verbunden. Mit dem Gehäusegriffteil 30 kann
somit das Kanalelement 68 von Hand rotiert werden, wenn
Wasser im Rückspülbetrieb nach unten abfließt.
Die Öffnungen 78, 82 überstreichen
auf diese Weise das gesamte Sieb 54.
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In
der Wandung des Kanals 90 sind radiale Öffnungen 95 (4)
und im Boden der Filtertasse Öffnungen 94 (9)
vorgesehen. Die Öffnungen 94 und 95 stellen
eine Verbindung zwischen dem äußeren Bereich am
Boden der Filtertasse 18 und dem Ablauf 90 her.
Auf diese Weise gelangen die durch die Öffnung 46 nach
unten gelangten Grobpartikel in den Kanal 90 und durch
den Ablauf 26 nach außen. Die Öffnungen 94 werden
alternierend von den rotierenden Flügeln 92 verschlossen
und geöffnet. Die Verbindung wird hergestellt, wenn die Öffnungen 94 mit
einem offenen Bereich 96 in den Flügeln 92 überlappt.
Dies ist in der Explosionsdarstellung in 9 und im
Schnitt in 10 erkennbar. Wenn die Öffnungen 94 verschlossen
sind, fließt nur das Wasser aus den Kammern in den Stegen 74 nach
unten ab. Auf diese Weise wird das Rückspülen
im Pulsbetrieb realisiert.
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Pfeile 100 in 5 zeigen
den Strömungsweg durch die Druckminderer-Filter-Armatur 10 im normalen
Betrieb. Das Wasser gelangt vom Einlass 14 wie oben beschrieben
in den äußeren Ringraum 38 in der Filtertasse 18.
Grobe Partikel 102 fallen nach unten. Das Wasser fließt
dann durch die Öffnungen 76 in dem Kanalelement 68 nach
innen. Dies ist durch Pfeile 104 repräsentiert.
Innerhalb des Kanalelements fließt das Wasser nach oben
und durch das Filtersieb 54 zwischen den Verstärkungsrippen 52 nach
außen. Dies ist durch Pfeile 106 repräsentiert.
Das gefilterte Wasser fließt im Ringraum 56 nach
oben. Dies ist durch Pfeile 108 repräsentiert.
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Die
Filterhülse 34 ist ihrem oberen Ende mit einem
allgemein mit 110 bezeichneten Druckmindererventil verschlossen.
Zur Vermeidung von unerwünschten Strömungsgeräuschen
sind schalldämpfende Stifte 114 in dem Kanal vorgesehen.
Hinter dem Druckmindererventil 110 fließt das
Wasser durch einen zentralen Kanal 112 in der Armatur 12 zum
Auslass 16 und steht dort gefiltert und mit definiertem
Druck zur Verwendung zur Verfügung.
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Das
Druckmindererventil 110 umfasst einen Ventileller 116 und
einen mit dem Ventilteller 116 zusammenwirkenden Ventilsitz 118.
In dem Ventilteller 116 ist eine Dichtung 120 vorgesehen.
Der Ventilteller 116 ist auf bekannte Weise über
eine axialbewegliche Ventilspindel 122 mit einer Membran 124 und
einem Membranteller 126 fest verbunden. Die Membran 124 ist
zwischen dem oberen Ende des Stutzens 64 des Druckminderer-Filtereinsatzes 48 und
einem trichterförmigen Gehäuseteil 128 eingeklemmt.
Die Membran 124 und das Gehäuseteil 128 bilden
die Druckkammer 130 des Druckmindererventils 110. Die
Druckkammer 130 ist über Kanäle in Stegen 132 mit
dem zentralen Kanal 112 und dem Auslass 16 verbunden.
In der Druckkammer 130 herrscht somit immer Ausgangsdruck.
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Der
Ventilteller 126 ist mit der Federkraft einer Feder 134 beaufschlagt.
Die Feder 134 sitzt in einem gegenüber der Atmosphäre
vollständig abgeschlossenen Hohlraum 136. Der
Hohlraum 136 ist von außen im Betrieb nicht zugänglich.
Der Hohlraum 136 wird vom Innenraum des Druckminderer-Gehäuseteils 60 des
Druckminderer-Filter-Einsatzes 48, vom Stopfen 62 und
von der Membran 124 bzw. dem Membranteller 126 gebildet.
Der auf die Membran 126 wirkende Druck ist somit fest vorgegeben
durch den Federdruck und den in dem Hohlraum 136 herrschenden
Luftdruck, welcher Temperaturabhängig ist. Der Federdruck
kann über die axiale Stellung eines Federwiderlagers 140 werkseitig
bei der Montage eingestellt werden. Die Einstellung erfolgt auf
einen Wert, welcher bei den mittleren Temperaturen der Trinkwasserversorgung,
beispielsweise 12°C einen gewünschten Ausgangsdruck,
beispielsweise 4 bar liefert. Wenn der Ausgangsdruck, etwa bei der Wasserentnahme
an einer Zapfstelle, abfallt, öffnet das Druckmindererventil,
bis der eingestellte Ausgangsdruck wieder erreicht wird.
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Die
beschriebene Anordnung verwendet einen Druckminderer-Filtereinsatz
in doppelter Funktion: zum einen dient der Einsatz 48 als
Filterstützelement und zum anderen schließt der
Einsatz den Hohlraum 136 abdichtend gegenüber
der Umgebung ab. Dadurch wird eine besonders kompakte, schlanke
Anordnung erreicht, welche gegenüber Manipulationen und
Fehlbedienung gesichert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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