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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.
DE 34 35 128 A1 offenbart einen Druckminderer, der innerhalb eines zylindrischen Filters angeordnet ist. Eine federbelastete Membran ist zur Drucksteuerung vorgesehen. Die Feder sitzt in einer Federkammer. Das Ende der Federkammer ist durch einen Durchbruch in der Filtertasse hindurchgeführt und mit einer Einstellkappe zum Einstellen der Spannung der Feder versehen. Auf diese Weise wird der Federdruck und somit der Sollwert des Druckminderers eingestellt. Auch die Anordnung der
DE 10 2005 000 009 A1 zeigt eine von außen einstellbare Feder in einem Druckminderer.
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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
- (a) der Hohlraum, in welchem die Feder angeordnet ist, nach außen vollständig abgeschlossenen und im Betrieb von außen nicht zugänglich ist, so dass der auf die Membran wirkende Federdruck und der in dem Hohlraum herrschende Luftdruck fest vorgegeben sind, und
- (b) der Hohlraum 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, abfällt, 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.
