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Membrangesteuertes Druckreduzierventil Die Erfindung betrifft ein
membrangesteuertes Druckreduzierventil mit einem mit der im Gehäuse eingespannten
Membran verbundenen und Durchlaßöffnungen aufweisenden Verschlußteil (Verschlußstück
oder Ventilsitz), bei dem als Einlaßleitung ein in das Ventilgehäuse hineinragendes
und bis dicht an die Membran herangeführtes Rohr vorgesehen ist, das axial zu dem
jenseits der Membran befindlichen Auslaß des Ventilgehäuses liegt und in eine mit
ihm und der Membran verbundene elastische Haube mündet, die an der Membran als Beaufschlagungsfläche
für das einströmende Medium einen verhältnismäßig nur kleinen Teil der Membran frei
läßt, wobei die Membran durch eine den in das Einlaßrohr übergehenden Zuflußstutzen
umgebende, in ihrer Spannung einstellbare Schraubenfeder im öffnenden Sinne beaufschlagt
wird.
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Weiterhin sind membrangesteuerte Druckreduzierventile bekannt, bei
denen das Verschlußstück an einer im Ventilgehäuse eingespannten Membran befestigt
ist. Die Membran steht dort in Schließrichtung unter der in ihrer Spannung einstellbaren
Stellfeder, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und sich auf der Membran abstützt.
Ein- und Auslaßöffnung des Ventils befinden sich auf der gleichen Seite der Membran.
Es sind jedoch auch bereits membrangesteuerte Reduzierventile bekannt, bei denen
Ein- und Auslaß etwa koaxial zueinander und auf verschiedenen Seiten der Membran
liegen.
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So ist bei einem solchen Ventil als Ventilsitz ein Venturirohr vorgesehen,
das mit einem unterhalb des Einlasses im Gehäuse fest angeordneten Ventilteller
zusammenwirkt und mittels zwei Membranen aufgehängt ist. Die Stellmembran ist hierbei
durch ein Gewicht an Stelle einer Feder belastet, das dazu führen kann, daß, wenn
das Ventil auf vollen Durchtrittsquerschnitt geöffnet ist und das Gewicht durch
plötzlichen Rückdruck zum Schließen gebracht wird, die Schließbewegung in unerwünschter
Weise stoßartig erfolgt. Bei einem anderen solchen Ventil ist der Ventilteller an
einer Platte angeordnet, die den nach innen erweiterten Zuflußstutzen überdeckt.
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An dieser Platte sind außermittig oder seitlich Durchtrittsöffnungen
für das Medium vorgesehen. Der bewegliche, an einer Membran befestigte Ventilsitz
ist in Schließrichtung durch eine Feder belastet.
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Schließlich ist bei dem zuerst angeführten bekannten Reduzierventil
die Membran außer zwischen Flanschen des Ventilgehäuses an dem Ende des Einlaßrohres
befestigt, was ihre Elastizität und Empfindlichkeit gegen Druckschwankungen beeinträchtigt.
Als Verschlußstück dient bei diesem bekannten Ventil eine verhältnismäßig dickwandige
Haube aus Metall; die sich quer über das Ende des Einlaßrohres erstreckt und die
an der Membran etwa mutig zwischen deren Einspannstellen im Gehäuse einerseits und
dem Einlaßrohr andererseits mittels Schraubenbolzen befestigt ist. Auch dies beeinträchtigt
die Elastizität der Membran und ihre Empfindlichkeit gegenüber geringen Druckschwankungen.
Außerdem wird der elastische Stoff, aus dem die Membran besteht, an diesen Einspannstellen
leicht brüchig und undicht, wodurch die Wirkung des Ventils in Frage gestellt wird.
Auch ist bei dem vorbekannten Ventil die die Membran im öffnenden Sinne beaufschlagene
und den Zuflußstutzen umgebende Feder außerhalb des Gehäuses angeordnet und an einem
Ring abgestützt, über den der Federdruck auf die Membran durch die genannten Befestigungsbolzen
für das Verschlußstück übertragen wird. Diese Bolzen führen sich in Bohrungen des
Gehäuses, in denen sie infolge der Durchbiegungen der Metallmembran klemmen können.
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Alle diese Übelstände werden erfindungsgemäß unter Verwendung teilweise
bekannter Mittel dadurch vermieden, daß das Verschlußstück bzw. der Ventilsitz von
der sich frei über den ganzen Querschnitt des Ventilgehäuses erstreckenden Membran
selbst gebildet wird und die die Membran beaufschlagende Feder innerhalb des Gehäuses
das Einlaßrohr konzentrisch umschließend und sich unmittelbar an der Membran abstützend
angeordnet ist. Dadurch, daß die Membran sich über den gesamten Querschnitt des
Gehäuses frei beweglich erstreckt, wirkt sie elastischer und gegen geringe Druckveränderungen
empfindlicher als die Membran bei dem oben zuletzt erwähnten bekannten Ventil. Dazu
bietet das direkte Anliegen der
Feder an der Membran unter Ausschaltung
von in Bohrungen geführten Bolzen größere Sicherheit für einen konzentrischen Druck
dieser Feder auf die Membran und einen entsprechend zuverlässigen Abschluß des Ventils.
Besonders vorteilhaft ist es auch für die Herstellung und Montage des Ventils, daß
der eine der beiden Ventilteile, also entweder das Verschlußstück oder der Ventilsitz,
einen Teil der Membran bildet.
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Eine weitere Vereinfachung ist noch dadurch erreicht, daß auch die
Haube einen Teil der vorzugsweise aus Gummi oder einem anderen elastischen Stoffe
bestehenden Membran bildet, so daß praktisch diese Membran den einzigen beweglichen
Teil des ganzen Ventils bildet.
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Der Erfindungsgegenstand ist in seinen Einzelheiten an Hand der ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung beschrieben. In dieser ist Fig. 1 eine
Seitenansicht des Druckreduzierventils im verkleinerten Maßstabe, Fig. 2 ein senkrechter
Schnitt durch das Ventil nach der Erfindung, Fig. 3 ein waagerechter Schnitt nach
der Linie 3-3 der Fig. 2 Fig. 4 ein waagerechter Schnitt nach der Linie 4-4 der
Fig. 2 Fig.5 ein Teilschnitt ähnlich der Fig.2 einer abgeänderten Ausführungsform
der Erfindung und Fig. 6 ein waagerechter Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. S.
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Gemäß der Ausführung nach den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung ist mit 10
ein Gehäuse bezeichnet, das z. B. aus zwei lösbaren Teilen 11 und 12 bestehen kann,
die in geeigneter Weise, z. B. durch Schraubenbolzen 13, miteinander verbunden sind.
Der Gehäuseteil 12 hat einen Auslaßstutzen 15. Gehäuseteil 11 weist einen Eimaß
17 auf, der z. B. in Gestalt eines Einlaßrohres 18 sich bis in das Gehäuse hinein
erstreckt. Das äußere Ende dieser Leitung 17 kann in an sich bekannter Weise an
eine Medienleitung angeschlossen sein.
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Von dem die Öffnung 23 umschließenden Befestigungsflansch setzt sich
der Gehäuseteil il in einer Glocke 24 fort, deren geschlossenes Ende 25 sich an
das Rohr 18 anschließt. Diese Glocke bildet eine Ringkammer 26 um das Rohr 18.
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Eine Membran 30 aus elastischem Material, z. B. dünnem Metall,
Naturgummi, Kunstgummi od. dgl., erstreckt sich quer durch das Gehäuse zwischen
dessen Auslaß 15 und Einlaß 17. Im dargestellten Beispiel ist die Membran zwischen
den Gehäuseteilen 11 und 12 eingespannt. Die Membran weist einen warzenförmigen,
zentral an ihr angeordneten Kegel als Verschlußstück 32 auf, der nach der Seite
des Einlasses 17 vorspringt. Dieses Verschlußstück 32 kann, wie dargestellt, mit
der Membran aus einem Stück bestehen, es kann aber auch aus geeignetem Material
als selbständiger Baukörper, wie an sich bekannt, hergestellt und mit der Membran
verbunden sein. Ein Ventilsitzstück 35, das im Einlaß 17 bzw. am inneren Ende des
Rohres 18 befestigt ist, liegt dem Verschlußstück 32 gegenüber. In der Ruhelage
der Membran 30 sitzt ihr Verschlußstück 32 auf dem genannten Ventilsitzstück 35
auf.
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Durch ein geeignetes Absperrmittel ist ein großer Teil der nach dem
Einlaß 17 zugekehrten Seite der :Membran 30 gegenüber dem Einlaß 17 bzw. dem Einlaßrohr
18 abgeschlossen. Im dargestellten Beispiel bildet ein elastischer Balg 39 dieses
Absperrmittel, der an der Membran befestigt oder, wie dargestellt, mit ihr aus einem
Stück gebildet ist und der mit seinem freien Rand das innere Ende des Rohres 18
umfaßt, an dem er durch einen Klemmring 40 befestigt ist. Eine oder mehr als eine
Durchlaßöffnung 42 sind in der Membran 30 angeordnet, und zwar so, daß sie innerhalb
des genannten Balges 39 und rund um das Verschlußstück 32 liegen.
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Innerhalb der Kammer 26 ist eine das Einlaßrohr 18 umgebende Schraubenfeder
45 als Stehfeder vorgesehen, die sich direkt auf der Membran abstützt und deren
Spannung durch eine oder mehr als eine Einstellschraube 47, die in dem geschlossenen
Ende der Glocke verschraubbar ist, eingestellt werden kann. Zu diesem Zwecke ist
ein Federteller 48 auf dem Rohr 18
verschiebbar, der auf dem oberen Ende der
genannten Schraubenfeder 45 ruht und durch die genannten Einstellschrauben 47 verschiebbar
ist (von dieser ist nur eine in Fig. 2 zu erkennen).
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An Stelle einer Schraubenfeder kann auch ein Druckgas als Stellmittel
Anwendung finden. In diesem Falle wird eine Gasleitung mit einem Ventil an die Kammer
26 angeschlossen.
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Der Zweck jedes Druckreduzierventils ist es, zu verhindern, daß der
Druck in einem Leitungssystem hinter dem Auslaß 15 über eine vorbestimmte Größe
hinaus ansteigt. Solche Ventile werden z. B. in Wasserleitungen benötigt, wenn der
Lieferdruck der Wasserleitung relativ sehr hoch ist. Angenommen, das Druckreduzierventil
nach der Erfindung, das in einer sehr einfachen Weise arbeitet, sei in eine Wasserleitung
eingeschaltet. In diesem Falle tritt das Wasser durch das Rohr 18 in das Ventil
ein und durch den Auslaß 15 aus ihm heraus. An diesen Auslaß ist in bekannter Weise
eine Leitung des Wasserleitungssystems angeschlossen, die mindestens ein Ventil
bzw. einen Zapfhahn hat. Wenn der Zapfhahn des Wassersystems offen ist, besteht
ein vergleichsweise nur sehr kleiner Rückdruck gegen die Membran 30, so daü der
Einlaßdruck des Wassers im Raum 37, der sich innerhalb des Balges 39 befindet, zugleich
des Druckes der Feder 45 gegen die Membran das Verschlußstück 32 in seine Offenlage
zu drücken vermag, wodurch das Wasser frei durch die Durchlaßöffnungen 42 in der
Membran fließen kann.
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Wird der Zapfhahn teilweise geschlossen und damit der Rückdruck gegen
die Membran vom Auslaß 15 her relativ gegenüber dem Druck von der anderen Seite
der Membran her größer, so wird das Verschlußstück 32 seinem Sitz genähert, wodurch
automatisch die Durchflußmenge durch das Ventil verkleinert wird.
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Wird der Zapfhahn gänzlich geschlossen, dann wächst der Rückdruck
gegen die große Unterfläche der Membran über den Flüssigkeitsdruck, der von oben
auf den kleineren Teil der Membran zusammen mit dem Druck der Feder wirkt, über
die Summe dieser beiden Drücke hinaus, wodurch das Verschlußstück 32 fest auf das
Ventilsitzstück 35 gedrückt und die Flüssigkeitsströmung durch das Druck-Reduzierventil
unterbrochen wird. Auf diese Weise kann der Auslaßdruck des Ventils hinter diesem
niemals über eine vorbestimmte Größe hinaus ansteigen. Diese Größe ist bestimmt
durch die Spannung der Feder 45, die durch Drehen der Einstellschraube 47 geändert
werden kann.
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Das Ventil hat nur einen beweglichen Teil, nämlich die elastische
Membran 30 mit ihrem Balg. Die Höhe des gegen die Membran in Richtung nach
der Auslaßseite des Ventils wirkenden Druckes bestimmt das Maximum des Auslaßdruckes.
Bei Anwendung einer Feder hängt die Größe des maximalen Auslaßdruckes von den mechanischen
Eigenschaften der Feder ab. So lassen sich verschiedene Größen des Auslaßdruckes
durch
Anwendung von Federn mit verschiedenem Kompressionsfaktor erzielen.
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Der maximale Auslaßdruck des vorliegenden Ventils kann ganz dicht
unter dem Einlaßdruck gehalten werden infolge des Umstandes, daß das Wasser im wesentlichen
geradlinig durch das Ventil strömt.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Verschlußkegel an der Membran
befestigt oder gebildet und der Ventilsitz am Gehäuse angeordnet. Bei der Ausführung
nach den Fig. 5 und 6 ist es umgekehrt, d. h. ist der Verschlußkegel am Gehäuse
und sein Sitz an der Membran angeordnet.
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Gegenüber der vorbeschriebenen Ausführung ist bei der nach den Fig.
5 und 6 nur die Einlaßleitung und die Membran geändert. An Stelle des Rohres 18
ist ein Einlaßrohr 55 vorgesehen mit einem Verschlußstück 56 an seinem inneren Ende.
Dieses Verschlußstück schließt das innere Ende des Rohres 55 ab, so daß sein Auslaß
in Form einer oder mehr als einer seitlichen Öffnung 57 gebildet ist, die oberhalb
des Verschlußstückes 56 angeordnet sind, wie die Fig. 5 erkennen läßt. Diese Öffnungen
befinden sich innerhalb des Balges 60, der einen Teil der Membran 61 bildet und
der am Rohr 55 in der gleichen Weise befestigt ist, wie das bei dem Balg nach der
Ausführung der Fig. 1 bis 4 der Fall ist.
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Die Membran 61 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 63 auf, die axial
unter dem Verschlußstück 56 liegt. Ein diese Durchlaßöffnung 63 einfassender Ringv
entilsitz 64 liegt dem Verschlußstück gegenüber. Wenn sich die Membran 61 in ihrer
Schließlage befindet, sitzt das Verschlußstück 56 auf dem Ringventilsitz 64 auf.
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Das Druckreduzierventil nach den Fig.5 und 6 arbeitet in der gleichen
Weise wie das nach den Fig. 1 bis 4. Wenn der Zapfhahn auf der Abflußseite geschlossen
ist, hält der Rückdruck von seiten des Auslasses her an der großen Unterfläche der
Membran dem Einlaßdruck gegen deren kleinere Oberfläche innerhalb des Balges 16
und dem Federdruck das Gleichgewicht.
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Infolgedessen wird der Ringventilsitz 64 flüssigkeitsdicht gegen das
Verschlußstück 56 gedrückt und auf diese Weise die Strömung der Flüssigkeit durch
das Ventil verhindert. Sobald ein oder mehr als ein Zapfhahn auf der Abflußseite
des Wasserleitungssystems geöffnet ist, fällt der Rückdruck ab, und der Ringventilsitz
64 bewegt sich axial vom Verschlußstück 56 weg, wodurch das Wasser zu fließen beginnt.
Die Größe der Wasserströmung hängt ab von dem Auslaß druck.
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Falls das Ventil nach vorliegender Erfindung in Wasserleitungssystemen
mit vergleichsweise hohem Druck angewendet wird, erscheint es ratsam, den Membranbalg
gegen Üherspannung zu schützen. Dies geschieht bei der Ausführungsform nach den
Fig.5 und 6 durch ein Stützglied 70 in Form eines Glockenmantels. Dieses Stützglied
wird vom Einlaßrohr 55 getragen und greift über den Balg 60 derart, daß es dessen
Ausdehnung unter dem Einfluß des Einlaßdruckes der Flüssigkeit begrenzt. Ein gleichartiges
Stützglied 73 in Form eines Glockenmantels ist gestrichelt in Fig.2 für die erstbeschriebene
Ausführungsform der Erfindung dargestellt.