-
Automatisch betätigbares Druckminderungsventil Die Erfindung betrifft
ein automatisch betätigbares Druckminderungsventil, welches selbsttätig den Druck
eines Sekundärströmungsmittels aufrechterhält, welches das Ventil ausgangsseitig
mit gleichbleibendem Druck verlässt.
-
Mit der Erfindung soll ein automatisch wirkendes Druckminderungsventil
geschaffen werden, mit dem erreicht werden kann, dass ein Sekundärströmungsmittel
mit einem gleichbleibenden Druck an der Ausgangsu..ue des Ventils austritt, unabhängig
von Druckänderungen des rimärströmungamitteIs, das von der Binlasseite her in das
Ventil gelangt.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines
automatisch arbeitenden Druckminderungsventils, das eine freie Kontrolle und Steuerung
des Druckes des auslasseitig aus dem Ventil austretenden Sekundärströmungsmittels
ermöglicht, indem lediglich eine Stellschraube gedreht wird, die sich im Gewindeeingriff
mit der Haube befindet, wodurch das Druckgleichgewichtsverhältnis des am Eingang
gegebenen Primärdruckes zu dem am Ausgang vorhandenen Sekundärdruck entsprechend
geregelt wird.
-
Gemäss weiterer Aufgabe der Erfindung soll auoserden ein automatisch
wirksames Druckminderungsventil vorgesehen werden, bei dem das Ventilelement in
zuverlässiger und empfinalicher Weise auch auf sehr geringe Veränderungen im Druck
des Sekundärstrbmungsmittels am Auslass anspricht und derart betätigt wird, dass
eine automatische Steuerung des Druckes des Sekundärströmungsmittels erfolgt.
-
Desweiteren bezweckt die Erfindung die Schaffung eines automatisch
wirkenden Druckminderungsventils bei dem die Anordnung derart getroffen ist, dass
bei einer Wiederaufnahme beispielsweise der Wasserzufuhr nach einer Unterbrechung
derselben das Auftreten des sogenannten Niasserschlagens verhindert wira, da der
Wasserdruck das Ventilelement entgegen der Wirkung einer Feder verschiebt, so dass
der Wasseraufprall durch die Feder aufgefangen wird.
-
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles derselben unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen senkrechten Schnitt durch
ein erfindungsgemäss ausgebildetes Ventil, bei dem sich in der Einlassöffnung ein
Sperrventil befindet; Figur 2 eine Ansicht ahnlich der Figur 1, bei der die Anordnung
jedoch derart getroffen ist, dass das Sperrventil in der Auslassöffnung angebracht
ist; und Figur 3 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung
der
Wirkungsweise eines herkömmlichen Ventils' das nur mit einem einzigen Ventilsitz
ausgestattet ist.
-
Die Figur 1 zeigt ein Ventilgehäuse 1 mit einer darauf befindlichten
Gehäuseabdeckung 2, einer auf einer Seite desselben befindlichen Einlassöffnung
3 und einer auf der anderen Seite befindlichen Auslassöffrnrng 4, das durch eine
Trennwandung 5 iii eine Primärkammer 6 auf der Einlasseite und eine Sekundärkammer
7 auf der Auslasseite 4 unterteilt ist.
-
Die Trennwandung 5 ist in dem Gehäuse etwa in der Mitte desselben
angeordnet und ist ganz allgemein in Form eines seitlich liegenden Zylinders ausgebildet,
der aus einer oberen Wandung 5a, eIner Seitenwandung 5b und einer unteren Wandung
5c besteht.
-
Die Primärkammer 6 hat demgemäss die Form eines Kastens, der von der
Einlasseite 3 her in Richtung auf die Auslasseite zu ausgeweitet bzw. ausgebuchtet
ist.
-
Zwischen einem oberen Flansch 8 des Ventilgehäuses 1 und einem unteren
Flansch 9 der Abdeckhaube 2 ist der Umfangsrand einer horizontal angeordneten Membran
10 angesetzt,und die beiaen Flansche 8 und 9 sind durch Schraubenbolzen 11 miteinander
verbunden.
-
Durch die obere Wandung 5a der Trennwandung 5 ist ein senkrechter
Zylinder 12 geführt, welcher die Verbindung zwischen dem oberen Teil der Sekundärkammer
7 und der Primärkammer 6 herstellt.
Unmittelbar unterhalb dieses
senkrechten Zylinders 12 ist die untere Wandung 5c der Trennwandung mit einer Ventilausnehmung
13 versehen, die zu dem senkrechten Zylinder 12 konzentrisch angeordnet ist und
deren Durchmesser gleich oder etwas kleiner als die Bohröffnung des Zylinders ist.
-
In den senkrechten Zylinder 12 ist ein Kolben 14 eingesetzt, der mit
einem daran befindlichen Ventilstössel 15 verbunden und in dem Zylinder auf- und
abwärts verschiebbar ist. Eine flüssigkeitsundurchlässige Dichtung ist durch einen
O-Ring 16 gegeben, welcher seinerseits mit Passitz in eine Ringnut eingesetzt ist,
die wiederum im Aussenumfang des Kolbens 14 ausgebildet ist.
-
Am unteren Ende des Ventilstössels 15 ist ein Ventilelement 17 befestigt,
dessen Ausbildung derart ist, dass es die Ventilausnehmung 13 in der Weise schliesst,
dass die obere Fläche in Kontakt mit einem Ventilsitz 18 steht, der an der Unterseite
der Ventilausnehmung 13 ausgebildet ist.
-
An der Oberseite des Kolbens 14 ist eine Aufnahmenplatte 19 über einen
Verbindungsachaft 20 angebracht, und an der Aufnahmeplatte befindet sich ein mit
Gewinde versehener Schaft 21. Die Aufnahmeplatte 19 ist an der Unterseite der Membran
10 befestigt, und der Gewindeschaft 21 ist in eine Mittelöffnung der Membran 10
eingeführt. Desweiteren ist an der Oberseite der Membran 10 auch eine Druckplatte
22 vorgesehen. Derjenige
Teil des Gewindeschaftes 21, welcher von
der Druckplatte 22 nach oben ragt, befindet sich im Gewindeeingriff mit einer Mutter
23, so dass das obere Ende des Ventilstössels 15 in einer flüssigkeitsundurchlässigen
Weise mit einer Membran 10 verbunden ist.
-
Der obere Mittelteil der Abdeckhaube 2 ist einstückig mit einem Gewindezylinder
24 mit einem Innengewinde 25 ausgebildet, der zur Aufnahme einer Innenstellschraube
26 dient, welche damit in Schraubverbindung steht. Zwischen dieser Stellschraube
und der Druckplatte 22 auf der Oberseite der Membran 20 befindet sich eine Kompressionsfeder
27, die zur Regulierung des Sekundärdruckes dient.
-
In ähnlicher Weise ist zwisc-en der Unterseite des Ventilelements
17, das am unteren Ende des Ventilstössels 15 angebracht ist, und einem Gewindepfropfen
28, welcher seinerseits in eine in der Unterseite des Ventilgehäuses 1 ausgebildete
mit Innengewinde versehene Ausnehmung 29 eingeschraubt ist, eine Kompressionsfeder
30 vorgesehen, welche derart beschaffen ist, dass sie das Ventilelement 17 nach
oben drückt und damit die Ventilausnehmung 13 von unten her schliesst.
-
Zwischen dem Einlass 3 und der Primärkammer 6 befindet sich ausserdem
ein Sperrventil 31, das einen Rückfluss aus der Primärkammer 6 zum Einlass 3 zurück
verhindert.
-
In der Abdeckhaube 2 ist ausserdem eine Belüftungsöffnung 32 ausgebildet.
-
Bei der Anordnung nach Figur 2 ist das Rückschlagventil 31 aus Figur
1 nicht mehr in der Einlassöffnung sor.dern viel.lchr in der Auslassöffnung angebracht.
In bezug auf alle anderen baulichen Einzelheiten ist diese Anordnung jedoch derjenigen
nach der Ausführungsform in Figur 1 völlig identisch ausgebildet.
-
Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäss ausgebildeten
automatisch arbeitenden Druckminderungsventils bt ein von dem Einlass 3 in die Primärkammer
6 gelangendes Strömungsmittel einen hinreichend starken Strömungsmitteldruck aus,
um das Ventilelement 17 und damit auch den Ventilstössel 15 nach unten zu drücken.
Infolgedessen verschiebt sich das Ventil element 17 in Richtung vom Ventil sitz
18 weg und öffnet damit die Ventilöffnung 13; damit wird der Druck des innerhalb
der Kammer 6 befindlichen Strömungsmittels beim Durchströmen der Öffnung 13 entsprechend
vermindert und gelangt in die Sekundärkammer 7, von wo aus er durch die Auslassöffnung
4 nach aussen tritt. Es sei für die Zwecke der Erläuterung einmal davon ausgegangen,
dass: der Strömungsmitteldruck in der Primärkammer = Pl der Strömungsmitteldruck
in der Sekundärkammer =22 der Durchmesser der Ventilöffnung 13 = d2 der irkungsdurchmesser
der Membran 10 = D die Federkonstante der Stellfeder 27 = = k1 der Innendurchmesser
des Zylinders 12 für den Kolben 14 = d1
die Biegung der Stellfeder
27 = die Federkonstante der Rückstellfeder 30 = k2 die Biegung der Rückstellfeder
30 = #2 ist.
-
Wenn nun die nach unten gerichtete Kraft durch ein (+)-Zeichen und
die nach oben gerichtete Kraft durch ein (-)-Zeichen dargestellt wird, so ergeben
sich die nach oben gerichtete Kraft F1 und die nach unten gerichtete Kraft F2, die
beide auf die Membran 10 einwirken, jeweils wie folgt: # # # F1 = - (D²P2 + d1²P1
+ d2²P2 + k1 #1) 4 4 4 # # F2 = + (d1²P2 + d2²P1 + k2 #2) 4 4 Wenn das Ventilelement
17 die Ausnehmung 13 schliesst und damit ein Gleichgewichtszustand hergestellt wird,
so gilt folgende Gleichung: F1 + F2 = 0 # # (d2² - d1²)P1 - (D² + d2² - d1²)P2 +
k2 #2 - k1#1=0 4 4 und wenn in der vorstehenden Fornel d1 " d2 ist so folgt daraus,
dass + F2 = -D²P2 - k1 #1 + k2#2 = 0 4 wenn also k1 x 61 verändert oder aber die
Federkonstante und die Biegung der Stellfeder 27 unter Zuhilfenahme der Stellschraube
26
entsprechend eingestellt wird, so besteht die Möglichkeit, den Wirkdurchmesser D
der Membran 10 auch dann zu verkleinern, wenn das Verhältnis des Primärdruckes P1
zum Sekundärdruck P2 verhältnismässig gross rist.
-
Wird ausserdem die Stellfeder 27 unter Zuhilfenahme der Stellschraube
26 schon von vornherein so eingestellt, dass der Primärdruck P1 konstant gehalten
wird und die Werte F1 und F2 auf einem gewünschten Sekundärdruck P2 ausgeglichen
werden, so wird durch einenAbfall des Strömungsmitteldruckes in der Sekundärkammer
7 das Ventilelement 17 derart nach unten verschoben, dass es die Ventilöffnung 13
öffnet, so dass infolgedessen das in der Primärkammer 6 befindliche Strömungs.
-
mittel in die Sekundärkammer 7 gelangen kann und damit in dieser allmählich
wieder einen höheren Strömungsmitteldruck herstellt.
-
Durch das Ansteigen des Strömungsmitteldruckes in der Sekunuärkammer
erhöht sich wiederum die nach oben gerichtete Kraft F2, die ihrerseits auf die Unterseite
der Membran 10 einwirkt.
-
Infolgedessen wird die Membran 10 nach oben gedrückt und der Ventilstössel
15 nach oben gezogen, so dass das Ventilelement 17 die Ventilöffnung 13 von unten
her schliesst und damit den Zufluss von der Primärkammer 6 in die Sekundärkammer
unterbricht.
-
Wenn die Ventilöffnung 13 geschlossen wird und sich der in der
Sekundärkammer
7 herrschende Strömungsmitteldruck verringert, so öffnet das Ventilelement 17 die
Ventilöffnung 13 wieder.
-
Damit gelangt das in der Primärkammer 6 befindliche Strömungsmittel
in die Sekundärkammer 7, was wiederum zur Folge hat, dass der in der Sekundärkammer
7 herrschende Strömungsmitteldruck wiederum hinreichend weit aufgebaut wird, um
das Ventilelement 17 die Ventilöffnung 13 schliessen zu lassen. Von da an wird das
Öffnen und Schliessen der Ventilöffnung 13 durch das Ventilelement 17 jeweils in
der vorstehend beschriebenen Weise jeweils so oft wiederholt, wie dies im Hinblick
auf die innerhalb der Sekundärkammer 7 auftretenden Veränderungen des Strömungsmitteldruckes
notwendig ist.
-
Auf diese Weise wird der Strömungsmitteldruck in der Sekundärkammer
7 völlig gleichbleibend gehalten.
-
Wenn die Stellschraube 26 nach innen geschraubt wird, wird damit die
Druckkraft der gegen die Membran 10 wirkenden Stell- Schraubenfeder 27 erhöht,und
der Ventilstössel 15 wird nach unten bewegt, so dass das Ventilelement 17 die Ventilöffnung
13 freigeben und öffnen kann. Damit fliesst das in der Primärkammer 6 befindliche
Strömungsmittel in die Sekundärkammer 7 und bewirkt infolgedessen eine Zunahme des
in der Sekundärkammer 7 herrschenden Sekundärdruckes.
-
Sobald der zunehmende Sekundärdruck P2 gleich dem Druck P der Stellfeder
27 geworden ist, drückt die darunter befindliche
Rückholfeder 30
den Ventilkörper 17 nach oben das Ventil element 17 schliesst die Ventilöffnung
13 und unterbricht damit den Zufluss aus der Primärkammer 6 in die Sekundärkammer
7.
-
Wenn dann der Strömungsmitteldruck in der Sekundärkammer 7 wieder
abfällt, verschiebt sich das Ventilelement nach unten und öffnet damit die Ventilöffnung
13 in der vorstehend beschriebenen Weise und der Strömungsmitteldruck in der Sekundär-1
kammer 7 nimmt wieder soweit zu, bis dadurch das Ventil element 17 nach oben bewegt
und damit die Ventilöffnung 13 wieder geschlossen wird. Diese Reihenfolge wird darm
jeweils entsprechend wiederholt.
-
Auf diese Weise kann der Strömungsmitteldruck P2 2 in der Sekundärkammer
7 ohne weiteres in der Weise eingestellt werden, dass die Federkraft der Stellfeder
27 unter Zuhilfenahme der Stellschraube 26 entsprechend eingestellt und verändert
wird.
-
In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass im praktischen Gebrauch
die Auslasseite der Ventilöffnung 13 durch das Ventilelement 17 von der Sekundärkammer
7 her geschlossen wird.
-
Sooft also beispielsweise die Wasserversorgung unterbrochen und dann
wiederhergestellt wird, wird aus diesem Grunde ein Teil der Energie der Wassersäule,
welche rasch in die Primärkammer 6 einströmt, vom Ventilelement 17 absorbiert, das
gegen die Auslasseite der Ventilöffnung drückt, bevor das Ventilelement 17 nach
unten geschoben wird und somit die Ventilöffnung
13 öffnet.
-
Wenn damit bereits der erste Teil der Kraft des aufprallenden Wassers
aufgefangen ist, gelangt das Wasser in die Sekundärkammer 7, ohne dass hierbei die
bekannte Erscheinung eines Wasserschlagens auftritt, wodurch ein entsprechender
Schutz für die an den Sekundärauslass 7 angeschlossenen Rohrleitungen gegeben ist.
-
Wird ein Sperrventil 31 zwischen dem Einlass 3 und der Primärkammer
6 vorgesehen, so wird damit eine noch grössere Wirksamkeit in bezug auf eine Vermeidung
des Auftretens von Wasserschlägen und der damit verbundenen Geräusche erzielt.
-
Wenn entsprechend der larstellung der Figur 2 ein Rückschlag-oder
Sperrventil 33 im Gegensinn auf der Auslasseite angebracht wird, so kann die Membran
10 in vorteilhafter Weise auch dann gegen Beschädigungen geschützt werden, wenn
der Druck, welcher in den mit deui Auslass 4 in Verbindung stehenden Rohrleitungen
herrscht, einen hohen Druckwert erreicht, da in diesem Falle das unter Druck stehende
Strömungsmittel daran gehindert wird, in die Sekundärkammer 7 zu gelangen.
-
Wie bereits vorstehend beschrieben wurde, besteht das besondere Merkmal
der Erfindung darin, dass der Druck in der Primärkammer 6 auf Len Kolben 14 zur
wirkung gebracht wird, welcher seinerseits mit der Membran 10 verbunden ist, und
ausserdem
auch auf das Ventilelement 17, das mit dem Kolben 14
verbunden ist, so dass damit ein entsprechender Druckausgleich erzielt wird und
sich das Ventilelement 17 in der Weise bewegt, dass es das Ventil nur dann öffnet,
wenn dieJenige Kraft, mit welcher der Kolben 14 unter der Einwirkung des Primärdruckes
und des Sekundärdruckes auf die Membran 10 das Ventilelement 17 zum Schliessen der
Ventilöffnung veranlasst, von derjenigen Kraft überschritten wird, mit der das Ventilelement
17 bestrebt ist, das Ventil unter der Einwirkung des Primärdruckes zu öffnen, so
dass das in der Primärkammer 6 befindliche Strömungsmittel in die Sekundärkammer
7 gelangen kann.
-
Im Gegensatz hierzu gelangt der Primärdruck P1 bei einem herkömmlichen
nur mit einem einzigen Ventil sitz versehenen Ventil ohne Druckausgleich entsprechend
der Darstellung der Figur 3 zur vollen Wirkung auf das Ventilelement V,und diese
Kraft wirkt damit unmittelbar auf das Ventilelement V in der Weise ein, dass es
dieses schliesst. Um bei dieser Krafteinwirkung für einen entsprechenden Ausgleich
zu sorgen, muss die Grösse der Membran 1)' entsprechend erhöht und ausserdem eine
sehr starke Feder S verwendet werden. Infolgedessen besitzt ein derartiges Ventil
eine verhältnismässig erhebliche Grösse, und seine Herstellung ist zudem mit einem
nicht geringen Kostenaufwand verbunden, und trotzdem hat es nur eine langsame Wirkungsweise
und kann nur kaum einen gleichbleibenden Druck aufrechterhalten. Unter den anderen
Nachteilen eines solchen herkömmlichen Ventiles ist ausserdem die Möglichkeit zu
nennen, dass durchaus die Gefahr besteht, dass es zu einem Wasserschlag
kommt,
wodurch die Lebensdauer eines solchen Ventils nicht unerheblich verkürzt wird.
-
Nach der Erfindung kann der Wirkdurchmesser des in Abhängigkeit von
dem in der Sekundärkammer 7 herrschenden Druck verschiebbaren Bauteiles, d.h. bei
der dargestellten Ausführungsform der Wirkdurchmesser der Membran 10, soweit vermindert
werden, dass insgesamt eine sehr kompakte Ventilausbildung erzielt wird, und der
Sekundärdruck lässt sich unabhängig von etwa auftretenden Veränderungen im Primärdruck
ohne weiteres konstant halten; zudem lässt sich der Sekundärdruck unter Zuhilfenahme
der Stellschraube 2o ohne weiteres auf einen gewünschten Wert einregeln. Als weiterer
Vorteil kommt hinzu, dass das Auftreten von Wasserschlägen bei der Wiederherstellung
der Wasserzufuhr verhindert werden kann.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in diesem Zusammenhang gezeigten,
beschriebenen und in den nachstehenden Ansprüchen dargelegten Einzelheiten begrenzt
und es versteht sich, dass noch zahlreiche Veränderungen und Modifizierungen vorgenommen
werden können, ohne dass hierdurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird.
-
So kann beispielsweise bei der praktischen Ausftihrung der Brfindung
anstelle der Membran 10 ein 3alg oder ein Kolben, oder aber anstelle des Kolbens
14 und des Ventilelements 17
Balgelemente oder Membranen eingesetzt
werden. Desweiteren besteht auch die Möglichkeit, die Membran 10 und uen kolben
14 einstückig auszubilden.
-
Anstelle der Kompressionsfeder 27 kann auch Luftdruck verwendet werden.
Ausserdem besteht auch die Möglichkeit, vollständig auf die Kompressionsfedern 27
und 30 zu verzichten, wenn dafür eine Membran mit einer entsprechenden Elastizität
verwendet wird. Diese und weitere mögliche Änderungen liegen Jedoch alle im Rahmen
der vorliegenden Erfindung.