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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckminderungsventil für eine durch eine Leitung strömende Flüssigkeit mit einem sich in einer axialen Richtung entlang einer Gehäuseachse erstreckenden Gehäuse, in dem in einem Gehäuseunterteil zwischen einem stromaufseitigen Eingangsbereich mit seitlicher Eingangsöffnung und einem stromabseitigen Ausgangsbereich mit seitlicher Ausgangsöffnung eine quer, insbesondere rechtwinklig zur Gehäuseachse liegende Zwischenwand mit Durchführöffnung und eine Druckraumanordnung ausgebildet sind, welche von einem darüber in einem Gehäuseoberteil befindlichen Einstellraum mittels einer umfangsseitig gehäusefest eingebauten flexiblen Membran eines Ventileinsatzes getrennt ist, wobei die Druckraumanordnung zwischen der Unterseite der Membran und der Oberseite eines ebenfalls gehäusefest eingebauten biegesteifen, insbesondere starren Zwischenteils einen Zwischenraum und einen mit diesem über mindestens eine in dem Zwischenteil angeordnete Durchgangsbohrung flüssigkeitsleitend in Verbindung gebrachten Durchströmungsraum umfasst, wobei die Membran in ihrem zentralen Bereich mit einem achsparallel oder koaxial zur Gehäuseachse angeordneten und in axialer Richtung hin und her beweglichen Ventilstößel ortsfest und flüssigkeitsdicht verbunden ist, welcher sich flüssigkeitsgedichtet verschieblich durch eine zentrale Durchgangsöffnung des Zwischenteils in den Durchströmungsraum erstreckt und in diesem ortsfest mit einem Schließelement verbunden ist, und wobei ein Strömungsquerschnitt zwischen der Unterseite des Zwischenteils und der Oberseite des Schließelements entlang eines ringförmigen Dichtbereichs einstellbar ist, indem eine auf den Ventilstößel mittels einer vorgespannten Feder wirkende Federkraft zum Verstellen des Schließelements in Öffnungsrichtung unter Erweitern des Strömungsquerschnitts wirkt und eine durch den Flüssigkeitsdruck in dem Zwischenraum bewirkte Membrankraft zum Verstellen des Schließelements in Schließrichtung unter Verengen des Strömungsquerschnitts wirkt und eine Einstellung des Strömungsquerschnitts sich durch Ausgleich von Federkraft und Membrankraft ergibt.
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Ein Druckminderungsventil dieser Art ist in der
EP 0 650 109 A1 als bekannt ausgewiesen. Das Druckminderungsventil (Druckminderer) weist dabei ein sich entlang einer Gehäuseachse erstreckendes Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil und einem darauf in einem Verbindungsbereich aufgeschraubten Gehäuseoberteil auf, wobei im Verbindungsbereich eine Membran als Regelmembran umfangsseitig eingeklemmt ist. Zwischen einer in dem Gehäuseunterteil ausgebildeten Einlasskammer und einer davon mittels einer Trennwand getrennten Auslasskammer ist in einen Durchbruch der senkrecht zur Gehäuseachse angeordneten Trennwand ein Druckminderereinsatz mit einem trichterförmigen Einsatzgehäuse, einem Ventilsitz und einem mit der Regelmembran und einem Regelmembranteller verbundenen Ventilstößel eingesetzt, der an seinem unteren Endabschnitt einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilteller trägt. Das trichterförmige Einsatzgehäuse ist an seinem weiten Ende durch die Regelmembran abgeschlossen und bildet eine Regeldruckkammer.
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Der Ventilsitz ist über Stege mit dem Einsatzgehäuse des Druckminderereinsatzes verbunden und abdichtend in dem Durchbruch der Trennwand gehalten, wobei die Stege Kanäle enthalten, welche die Auslasskammer mit der Regeldruckkammer verbinden. Aus diese Weise wird in der Regeldruckkammer ein von dem Druck in der Auslasskammer abhängiger Membrandruck erzeugt, der einer auf die Membran vom Gehäuseoberteil aus wirkenden Federkraft entgegengerichtet ist, wobei die Federkraft in Öffnungsrichtung des Druckminderereinsatzes und die Membrankraft in Schließrichtung des Druckminderereinsatzes gerichtet ist, sodass das ausgangsseitige Druckniveau gegenüber einem erhöhten eingangsseitigen Druck durch Wahl der Federvorspannung auf ein bestimmtes Maß reduzierbar ist, wie bei derartigen Druckminderern üblich.
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Ein weiterer Druckminderer dieser Art ist in der
EP 2 523 063 B2 gezeigt. Auch bei diesem Druckminderer ist ein Ventilsitz zwischen einer Einlasskammer (Vordruckraum) und einer Auslasskammer (Hinterdruckraum) in einer rechtwinklig zur Gehäuseachse im Gehäuseunterteil vorhandenen Trennwand abdichtend gehalten und mit in Stegen des Ventilsitzes enthaltenen Kanälen versehen, welche die Auslasskammer mit einer Regeldruckkammer (Druckraum) verbinden, welche zwischen der zugewandten Unterseite einer Membran und der Oberseite eines Membanträgers gebildet ist. In der Regeldruckkammer bzw. dem Druckraum herrscht ein von dem Druck in der Auslasskammer abhängiger Druck, wodurch eine Membrankraft erzeugt wird, die einer von der Oberseite auf die Membran wirkenden Federkraft entgegenwirkt. Dadurch wird eine ausgangsseitige Druckminderung auf ein vorgebbares Druckniveau erreicht, indem ein Strömungsquerschnitt zwischen dem unteren Rand des Ventilsitzes und einem zugeordneten Ventilteller entsprechend dem Ausgleich zwischen der Federkraft und der Membrankraft reguliert wird, wobei der Ventilteller mit einem Ventilstößel verbunden ist, an dessen oberem Abschnitt die Membran befestigt ist. Bei dieser Ausführung wird durch Abschrägung des Ventilsitzes im Eingangsbereich der Druckleitungen ein mit der Strömung im Hinterdruckraum zusammenhängender Venturi-Effekt genutzt, um in dessen Abhängigkeit den Druck in dem Druckraum zusätzlich zu regulieren. Die Abschrägung am Eingang der Druckleitungen ist dabei nach radial außen und unten gerichtet, wobei die Anströmung des Ventiltellers, wie auch bei der Ausführung nach
EP 0 650 109 A1 , eingangsseitig von oben auf den Ventilteller erfolgt.
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Um eine präzise Funktion insbesondere auch hinsichtlich einer genauen Regelung des ausgangsseitigen Druckniveaus zu erreichen, sind bei derartigen Druckminderern hohe Anforderungen an eine präzise Bearbeitung zu stellen, womit ein entsprechender Aufwand verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, ein Druckminderungsventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine präzise Funktion bei möglichst wenig Herstellungsaufwand ergibt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Druckminderungsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist in Verbindung mit der Ausbildung nach dem Oberbegriff des Weiteren vorgesehen, dass das Schließelement in der Durchführöffnung der Zwischenwand in axialer Richtung verschieblich geführt ist, dass das Zwischenteil auf seiner Unterseite in dem Dichtbereich mit einem Dichtring versehen ist und dass die mindestens eine Durchgangsbohrung in dem Zwischenteil radial außerhalb des Dichtrings unmittelbar neben diesem oder in geringem Abstand kleiner als der halbe Innenradius des Dichtrings von diesem angeordnet ist.
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Bei diesem Aufbau mit dem verschieblich in der Zwischenwand abgedichtet geführten Schließelement und dem darüber membranseitig angeordneten Zwischenteil wird das Zwischenteil von unten auf seiner Unterseite angeströmt und die Durchgangsbohrung(en) kann/können unter präziser Ausbildung und Anordnung mit relativ wenig Aufwand in das Zwischenteil eingearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Durchgangsbohrung(en) nicht rund sein muss, sondern unterschiedliche Form aufweisen kann, und die Gestaltung der Unterseite des Zwischenteils in exakter Abstimmung auf die Eingangskontur, die Formung und die Anordnung der Durchgangsbohrungen so ausgebildet werden kann, dass die in diesem Bereich vorherrschenden Strömungsverhältnisse zum Erreichen einer möglichst genauen Regelung optimiert werden können. Durch die dabei eröffneten Gestaltungsmöglichkeiten lässt sich unter anderem der Venturi-Effekt gezielt mit hoher Wirksamkeit für die Regelung des ausgangsseitigen Druckniveaus nutzen.
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Eine für die ausgangsseitige Druckregelung vorteilhafte Maßnahme besteht dabei darin, dass mehrere Durchgangsbohrungen auf einem gedachten Kreisring konzentrisch zu dem kreisförmigen Dichtring und in Umlaufrichtung äquidistant angeordnet sind.
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Eine für die Beeinflussung der Strömungsverhältnisse und damit zusammenhängend der Druckregulierung weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird dadurch erhalten, dass das Zwischenteil auf seiner Unterseite ausgehend von seinem ventilstößelseitigen zentralen Bereich nach außen hin bis in den Bereich des Dichtrings radialsymmetrisch konkav gewölbt ist, wobei die Tangente entlang des in einer Mittellängsebene verlaufenden Wölbungsquerschnitts im ventilstößelseitigen Anfangsbereich der Wölbung mit der Ventilstößelachse einen Winkel (β) zwischen 0° und 45°, insbesondere zwischen 0° und 30°, bildet und in dem ringdichtungsseitigen Endbereich einen Winkel (γ) zwischen 60° und 90°, insbesondere zwischen 75° und 90°, bildet.
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Weitere vorteilhafte Maßnahmen zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse und für eine effektive Regelung bestehen darin, dass die Wandung der mindestens einen Durchgangsbohrung in ihrer dem Durchströmungsraum zugekehrten Stirnseite um die Eingangsöffnung in radialer Richtung nach außen und zur Oberseite hin gegenüber einer zur Gehäuseachse rechtwinkligen Querschnittsebene unter einem Winkel (α) zwischen 20° und 60°, insbesondere zwischen 30° und 55°, abgeschrägt ist.
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Für den Aufbau und die Funktion sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass das Schließelement einen zumindest abschnittsweise zur Gehäuseachse konzentrischen, umlaufend geschlossenen zylindrischen Abschnitt aufweist, dass das Schließelement mit dem zylindrischen Abschnitt in der Durchführöffnung der Zwischenwand umfangsseitig abgedichtet, axial verschlieblich geführt ist, und dass das Schließelement mit mindestens einem Durchströmkanal versehen ist, um in den Eingangsbereich strömende Flüssigkeit in den Ausgangsbereich weiterzuleiten, wobei eine zum Ausgangsbereich führende Ausgangsöffnung des Durchströmkanals radial innerhalb des Dichtbereichs liegt. Dadurch kann das Schließelement vorteilhaft als Düse zum Anströmen der Unterseite des Zwischenteils genutzt und gestaltet werden.
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Für den Aufbau und die Funktion trägt weiterhin vorteilhaft bei, dass der mindestens eine Durchströmkanal zumindest abschnittsweise, insbesondere in seinem zum Ausgangsbereich hin führenden Ausgangsabschnitt, parallel zur Gehäuseachse verläuft.
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Verschiedene weitere vorteilhafte Ausbildungen werden dadurch erhalten, dass ein Durchströmkanal oder eine Anordnung aus mehreren Durchströmkanälen konzentrisch zur Gehäuseachse angeordnet ist.
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Für den Aufbau und die Funktion, wie Schutz und Vermeidung von Verschmutzung, sind des Weiteren die Maßnahmen von Vorteil, dass im Eingangsbereich zwischen einem Flüssigkeitseinlass und dem Schließelement ein Ventilkäfig angeordnet ist, der sich mit seiner Oberseite an die Unterseite der Zwischenwand anschließt und mit einer siebartigen oder gitterartigen Umfangswand das Schließelement unter Abstand umgibt.
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Der Aufbau und die Funktion werden auch dadurch begünstigt, dass die Membran auf ihrer Oberseite in einem mittleren Flächenbereich von einem biegesteifen, insbesondere starren, Membranteller abgedeckt ist, auf dem eine die Federkraft auf die Membran und den Ventilstößel bewirkende Druckfeder abgestützt ist, wobei die Membran in einem radialseitig außerhalb des Membrantellers und innerhalb ihres umfangsseitigen Einspannbereichs liegenden Bereichs flexibel in axialer Richtung auslenkbar ist.
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Vorteile für den Aufbau und die Funktion ergeben sich auch dadurch, dass die Membran mit ihrem umfangsseitigen Einspannbereich zusammen mit einem umfangsseitigen Einspannbereich des Zwischenteils zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Gehäuseoberteil fest eingeklemmt ist.
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Weitere Vorteile für das Druckminderungsventil ergeben sich daraus, dass der Ventilstößel in seinem oberen Abschnitt in der zentralen Durchgangsöffnung des Zwischenteils und in seinem unteren Abschnitt vermittels des fest an ihm angebrachten Schließelements in der Durchführöffnung der Zwischenwand axial verschieblich geführt ist, um den Strömungsquerschnitt zum Erreichen einer definierten Druckminderung zu verändern, wobei sich die vorgegebene oder vorgebbare Federkraft und die Membrankraft ausgleichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckminderungsventils im Längsschnitt,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Druckminderungsventils nach 1 und
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Druckminderungsventils im Längsschnitt.
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1 zeigt ein Druckminderungsventil 1 (meist kurz als Druckminderer bezeichnet) mit einem sich in Richtung einer Gehäuseachse A erstreckenden Gehäuse 5, das aus einem Gehäuseunterteil 50 mit einem unterseitigen Abdeckunterteil 51 und einem Gehäuseoberteil 52 zusammengesetzt ist. Das Gehäuseunterteil 50 umfasst einen einströmseitigen Eingangsbereich 2 und einen ausströmseitigen Ausgangsbereich 3, die im Bereich einer in einem Durchströmungsraum 10 angeordneten, rechtwinklig zur Gehäuseachse A liegenden Zwischenwand 53 voneinander getrennt sind. Das Gehäuseoberteil 52 ist vorliegend in einem Verbindungsbereich mittels eines Außengewindes in ein angepasstes Innengewinde des Gehäuseunterteils 50 eingeschraubt und abgedichtet. Die Gehäuseachse A kann bei einer abgewandelten Ausgestaltung z. B. schräg unter einem Winkel kleiner als 90° bezüglich eines Eingangsstutzens oder Ausgangsstutzens verlaufen.
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In dem Gehäuseoberteil 52 ist in einem Einstellraum 11 eine Einstelleinheit 8 mit einer Druckfeder 7 angeordnet, deren Vorspannung über Einstellkomponenten der Einstelleinheit 8 auf eine definierte Federkraft voreinstellbar ist, um bei Anwendung des Druckminderungsventils 1 ausgangsseitig ein bestimmtes Druckniveau zu erhalten.
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In dem Gehäuseunterteil 50 ist eine Druckraumanordnung ausgebildet, die von dem Einstellraum 11 mittels einer rechtwinklig zu der Gehäuseachse A eingespannten Membran 420 dichtend abgetrennt ist. Die Membran ist umfangsseitig zwischen dem Gehäuseoberteil 52 und dem Gehäuseunterteil 50 entlang einem umlaufenden Halterand eingeklemmt und in ihrem zentralen Bereich koaxial zur Gehäuseachse A von einem Ventilstößel 43 durchsetzt und an diesem abgedichtet und axial relativ zu diesem unverschieblich, ortsfest gehalten. Auf der Oberseite ist die Membran 420 in ihrem den Ventilstößel 43 umgebenden zentralen Bereich mit einem Membranteller 422 versehen, auf dessen Oberseite sich die Unterseite der Feder 7 abstützt, die auf ihrer gegenüberliegenden Oberseite an einer Komponente der Einstelleinheit 8 in Wiederlage gebracht ist.
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Die Membran 420 ist zusammen mit einem Außenring 411 eines Zwischenteils 41 zwischen dem Gehäuseoberteil 52 und dem Gehäuseunterteil 50 umfangsseitig mit ihrem Halterand eingespannt bzw. eingeklemmt und bildet zusammen mit der Oberseite des Zwischenteils 41 und ihrer Unterseite einen Zwischenraum 421, der über Durchgangsbohrungen 412 mit dem ausgangsseitigen Durchströmungsraum 10 flüssigkeitsleitend in Verbindung gebracht ist.
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Die Membran 420 ist flexibel ausgebildet und insbesondere zwischen ihrem umfangsseitig eingespannten Halterand und dem davon beabstandeten Umfang des Membrantellers 422 flexibel gestaltet, sodass sie in axialer Richtung zusammen mit dem Ventilstößel 43 hin und her, vorliegend also auf und ab bewegbar ist, wobei in dem Zwischenraum 421 in Folge des dort über die Durchgangsbohrungen 412 herrschenden Flüssigkeitsdrucks eine Membrankraft auf der Unterseite der Membran 420 erzeugt wird, die der auf der Oberseite der Membran wirkenden Federkraft entgegen gerichtet ist. Bei Ausgleich zwischen Membrankraft und Federkraft nimmt dadurch die Membran 420 mit dem an ihr axial unverschieblich angebrachten Ventilstößel 43 eine definierte axiale Position in Abhängigkeit von dem in dem Durchströmungsraum 10 vorliegenden Flüssigkeitsdruck ein.
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Der Ventilstößel 43 ist axial verschieblich durch eine zentrale Durchgangsöffnung des Zwischenteils 41 geführt, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in den zentralen Bereich des Außenrings 411 ein Mittelteil 410 eingesetzt, insbesondere eingeschraubt ist. Das Zwischenteil 41, vorliegend also das Mittelteil 410, bildet eine axiale Führung für den Ventilstößel 43 unter Abdichtung mittels eines in einer Umfangsnut des Ventilstößels 43 oder alternativ in einer Innennut des Mittelteils 410 eingesetzten Dichtelements. Der Ventilstößel 43 trägt auf seinem nach unten anschließenden Abschnitt ein ortsfest an ihm angebrachtes und somit mit ihm zusammen axial bewegtes Schließelement 40, das mit einer umfangsseitigen zylindrischen Wandung versehen ist und damit verschieblich und abgedichtet in eine Durchführöffnung 530 im zentralen Bereich der Zwischenwand 53 konzentrisch zur Gehäuseachse A eingesetzt und geführt ist, wobei in die die Durchführöffnung 530 umgebende Wandung in eine umlaufende Nut ein Dichtmittel 44 eingesetzt ist. In das Schließelement 40 sind ein oder mehrere Strömungskanäle 400 eingebracht, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur Gehäuseachse A bzw. Achse des Ventilstößels verlaufen und die Strömungsverbindung zwischen dem Eingangsbereich 2 und dem Ausgangsbereich 3 im Durchströmungsraum 10 herstellen.
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Im eingangsseitigen Bereich des Durchströmungsraums 10 ist ein den unteren Bereich des Schließelements 40 umgebender Ventilkäfig 6 eingesetzt, der umfangsseitig mit einem Sieb versehen ist und an der Unterseite der Zwischenwand 53 in Anlage gebracht ist und sich in den Abdeckunterteil 51 erstreckt, welcher abnehmbar und abgedichtet in einen unteren Öffnungsbereich des Gehäuseunterteils 50 eingesetzt, insbesondere eingeschraubt ist, sodass der Ventilkäfig 6 von unten ungehindert zugänglich und reinigbar ist. Der obere stirnseitige umlaufende Rand des Ventilkäfigs 6 bildet bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig eine Halterung für das an der Unterseite der Zwischenwand 53 in die umlaufende Nut eingesetzte Dichtmittel 44.
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Eine wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 1 besteht in der Ausbildung des Ventileinsatzes 4, der die Membraneinheit 42 mit der Membran 420, mit dem Zwischenraum 421 und mit dem Membranteller 422, den Zwischenteil 41, das Schließelement 40 sowie den Ventilstößel 43 umfasst, wie in 2 vergrößert dargestellt.
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Das Schließelement 40 ist in seinem oberen Randbereich mit einer umlaufenden Dichtkante bzw. Dichtfläche 401 versehen, die einen sich nach oben erweiternden Flächenbereich bildet und mit einem an der Unterseite des Zwischenteils 41 umlaufend eingesetzten Dichtring 413 dichtend in Anlage gebracht werden kann, um den Durchfluss der Flüssigkeit von dem Eingangsbereich 2 zu dem Ausgangsbereich 3 über den Durchströmungsraum 10 zu verschließen. Im Normalfall ist der Durchstömquerschnitt zwischen der Dichtfläche 401 und dem Dichtring 413 durch den sich selbsttätig regelnden Ausgleich zwischen der Federkraft und der Membrankraft so weit geöffnet, dass sich ausgangsseitig ein vorgegebenes Druckniveau bei unterschiedlichen eingangsseitigen Flüssigkeitsdrücken einstellt. Zum Erreichen einer möglichst genauen Einregelung des ausgangsseitigen Druckniveaus werden die Strömungsverhältnisse in dem Durchströmungsraum unterhalb des Zwischenteils 41 gezielt beeinflusst, um einen signifikanten Venturi-Effekt zu erzeugen, durch den der Druck in dem Zwischenraum 421 gegenüber dem Druck weiter am Ausgang und damit die Membrankraft reduziert wird und somit das Ventil infolge der Federkraft weiter öffnet.
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Um eine möglichst gut ausgeprägte strömungsabhängige Druckbeeinflussung in dem Zwischenraum 421 zu bewirken, ist die Unterseite des Zwischenteils 41 im Längsschnitt bogenförmig konkav gerundet, wobei ein Winkel zwischen der Gehäuseachse und einer Tangente an die Rundung ausgehend von dem dem Ventilstößel 43 benachbarten unteren Bereich sich von einem Wert nahe 0° zunehmend auf einen Wert nahe 90° in dem von dem Ventilstößel 43 radial am weitesten außenliegenden (oberen) Bereich ändert, der den radial nach innen liegenden unteren Abschnitt des Dichtrings 413 überlappt. Diese konkave Rundung des Zwischenteils 41, die vorliegend in dem Mittelteil 410 ausgebildet ist, verläuft radialsymmetrisch vollständig um den Ventilstößel 43 und erstreckt sich mit dem radial äußeren Bereich in axialer Draufsicht bis in die Nähe des inneren Rands der Dichtfläche 401 des Schließelements 40 und wird von diesem im geschlossenen Zustand radial außen übergriffen. Durch diese Ausbildung wird die eingangsseitig in den Durchströmungsraum 10 einströmende Flüssigkeit im geöffneten Zustand mittels des vorzugsweise um den Ventilstößel 43 in Umlaufrichtung herum zumindest abschnittsweise angeordneten, sich in Richtung der Gehäuseachse A erstreckenden Durchströmkanals 400 im Wesentlichen achsparallel auf die konkave Unterseite des zentralen Bereichs des Schließelements 40 geleitet und von dort nach außen umgelenkt und dem ausgangsseitigen Anschluss des Ausgangsbereichs 3 zugeführt. Das Schließelement 40 bildet so eine Düse, mittels deren die Flüssigkeitsströmung insbesondere im Querschnittsbereich zwischen Dichtfläche 401 und Dichtring 413 mit hoher Wirksamkeit zum Erzeugen des Venturi-Effekts im Bereich der Durchgangsbohrungen 412 gezielt geformt wird, wobei die unterseitigen Eingänge der Durchgangsbohrungen 412 möglichst nahe, insbesondere unmittelbar angrenzend an den radial äußeren Rand des Dichtrings 413 angeordnet sind. Zudem ist der untere Öffnungsrand der Durchgangsbohrungen 412 bezüglich einer Mittelquerebene des Ventilstößels 43 (Ebene rechtwinklig zur Gehäuseachse A) radial nach außen oben unter einem Winkel α zwischen 20° und 60°, insbesondere zwischen 30° und 55° abgeschrägt, wodurch der Venturi-Effekt zusätzlich beeinflusst und der Druck in dem Zwischenraum 421 in Abhängigkeit von den Strömungsbedingungen am unteren Eingangsbereich der Durchgangsbohrungen 412 signifikanten Änderungen unterworfen ist. Dadurch kann das ausgangsseitig erhaltene Druckniveau mit hoher Genauigkeit auf den vorgegebenen Einstelldruck eingeregelt und konstant gehalten werden. Dabei kann z. B. auch nur ein radial außen liegender Teil der unteren eingangsseitigen Querschnittsfläche der Durchgangsbohrungen 412 abgeschrägt sein, wodurch sich der Venturi-Effekt ebenfalls noch beeinflussen lässt, wie sich in Untersuchungen der Erfinder gezeigt hat.
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Wie aus den Figuren ersichtlich, liegt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die radial obere Hälfte des ausgangsseitigen Ausströmabschnitts des Ausgangsbereichs 3 wie auch die radial obere Hälfte des eingangsseitigen Eingangsabschnitts des Eingangsbereichs 2 bezüglich einer zur Gehäuseachse A rechtwinkligen Querebene im Bereich des umlaufenden Öffnungsquerschnitts zwischen der Dichtfläche 401 und der Unterseite des Dichtrings 413, wobei der obere Flächenbereich des Eingangsabschnitts und des Ausgangsabschnitts in etwa in der Querschnittsebene des Dichtrings 413 liegen.
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Die Durchgangsbohrungen 412, die sich vorzugsweise parallel zur Gehäuseachse A erstrecken, liegen mit ihren unterseitigen Eingangsöffnungen auf einem zur Gehäuseachse bzw. Ventilstößelachse gedachten Umkreis mit einem Durchmesser D.
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Bei einer in 3 gezeigten Ausgestaltung ist der Durchströmungsraum 10 in dem Bereich oberhalb des Schließelements 40 in seinem von dem Ausgangsbereich 3 abgelegenen Bereich im Längsschnitt gerundet geformt. Durch die Rundung 101 wird die Strömung zusätzlich beeinflusst, insbesondere im Zusammenwirken mit dem oberen äußeren Flächenbereich des Schließelements 40, worüber die an ihr umgelenkte Strömung in Ausgangsrichtung geführt wird.
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Das Schließelement 40 ist auf seiner Unterseite umlaufend radial nach außen und oben angeschrägt oder abgerundet, sodass der Durchströmungskanal 400 an seinem strömungsseitigen Eingang strömungsgünstig zum Einleiten der einströmenden Flüssigkeit ausgebildet ist. Die durch den Strömungskanal 400 geleitete Flüssigkeit strömt das Zwischenteil 41 von unten an, wodurch sich eine für die Konstantregelung des ausgangsseitigen Druckniveaus günstige Strömungsbedingungen ergeben. Diese strömungsoptimierte Geometrie des Gehäuses 5 und des Ventileinsatzes 4 ergeben eine nicht nur für die Funktion des Druckminderungsventils 1, sondern auch für dessen Aufbau und Instandhaltung vorteilhafte Ausgestaltung, die insbesondere im Bereich der Trinkwasserversorgung für Haushalte wesentliche Vorteile bietet. Durch die strömungsoptimierte Kontur des Zwischenteils 41 mit dem Mittelteil 410 und dem Dichtring 413 sowie den Durchgangsbohrungen 412 wird das Trinkwasser an dem Dichtring 413 vorbei durch den Ausgangsbereich 3 des Gehäuses 5 in die nachfolgende Rohrleitung übergeben. Die Druckreduzierung findet im Ventileinsatz statt.
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Der Venturi-Effekt wird im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit erzielt, wodurch der Druck in dem Zwischenraum 421 unter der Membran 420 geringer ist als der Druck weiter ausgangsseitig. Dadurch wird die Membrankraft ebenfalls geringer und die Federkraft ist im Vergleich dazu deutlich höher, wodurch sich das Ventil weiter öffnet. Dadurch entsteht ein geringerer Strömungswiderstand und somit ein geringerer Druckverlust bei entsprechenden Durchflüssen. Negative Reibeffekte können damit verringert oder ganz ausgeglichen werden, womit die Regelungsgenauigkeit erhöht wird. Denn in der Praxis sinkt der Ausgangsdruck, wenn sich der Durchfluss erhöht, was unter anderem durch Reibeffekte, Federraten, innere Rückstellkräfte und Wirkdurchmesseränderungen der Membran begründet ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist der Dichtring 413 nicht beweglich, sondern fest mit dem Zwischenteil 41 eingespannt, wodurch Vibrationen und eine damit verbundene unerwünschte Geräuschentwicklung reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0650109 A1 [0002, 0004]
- EP 2523063 B2 [0004]
