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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Druckmindereranordnung enthaltend
- (a) eine Anschlussarmatur zum Anschließen des Druckminderers in eine Rohrleitung oder ein anderes wasserführendes Element, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse vorgesehenen Einlass und Auslass und einer Trennwandung zur Trennung von Einlass und Auslass,
- (b) ein vom Druck einer Belastungsfeder gesteuertes Druckmindererventil zum Einstellen eines Ausgangsdrucks stromabwärts von dem Druckmindererventil, und
- (c) einen in die Anschlussarmatur eingesetzten Druckminderereinsatz, welcher sich einerseits bis zu einer Öffnung in der Trennwandung erstreckt und gegenüber der Trennwandung abgedichtet ist, und andererseits durch eine Gehäuseöffnung erstreckt und gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.
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Derartige Druckmindereranordnungen arbeiten mit einem Ventil, das öffnet, wenn der Ausgangsdruck abfällt und bei Erreichen eines Schwellwertes für den Ausgangsdruck schließt. Auf diese Weise kann der Ausgangsdruck auf einen gewünschten Wert geregelt werden. Druckschwankungen, beispielsweise bei der Trinkwasserversorgung, werden auf diese Weise ausgeglichen. Insbesondere bei hohen Eingangsdrücken kann der Druck auf einen niedrigeren Wert geregelt und dadurch eine Ersparnis beim Wasserverbrauch erreicht werden. Druckminderer werden insbesondere auch vor Geräten eingesetzt, welche konstante Druckverhältnisse erfordern.
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Stand der Technik
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Druckminderer sind vielfältig bekannt, beispielsweise aus der
DE 20 2009 013 661.2 oder
DE 10 2007 011228 A1 . Bekannte Druckminderer umfassen ein Gehäuse mit einem Gehäusestutzen. In den Gehäusestutzen wird ein üblicherweise trichterförmiger Druckminderereinsatz eingesetzt. Auf den Gehäusestutzen wird eine Schraubkappe mit Belastungsfeder aufgeschraubt. Eine Steuerkammer mit Ausgangsdruck wird von einer Regelmembran begrenzt, die bei den bekannten Anordnungen zwischen dem gehäuseseitigen Ende der Schraubkappe und einer Schulter an dem Gehäusestutzen eingeklemmt ist. Innerhalb des Gehäuses ist eine Trennwandung vorgesehen, welche eine Einlasskammer von einer Auslasskammer trennt. In der Einlasskammer herrscht Eingangsdruck. In der Auslasskammer herrscht Ausgangsdruck. Der trichterförmige Druckminderereinsatz bildet einen Ventilsitz. Ein Ventilschließkörper ist mit einer Ventilspindel verbunden, die in dem Druckminderereinsatz verschieblich geführt ist. Das Innere des Druckminderereinsatzes ist mit der Einlasskammer verbunden. Dadurch herrscht sowohl stromaufwärts von dem Ventil innerhalb des Druckminderereinsatzes, als auch im einlassseitigen Bereich außerhalb des Druckminderereinsatzes Eingangsdruck.
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Die trichterförmige Form des Druckminderereinsatzes führt dazu, dass die für den Eingangsdruck wirksame Fläche des Druckminderereinsatzes an dessen weiten Ende größer ist als an dessen schmaleren Ende. Entsprechend treten durch den Eingangsdruck verursachte Kräfte auf den Druckminderereinsatz auf, die vom Gehäuse aufgenommen werden.
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Bei der Verwendung des Druckminderers für die Regelung von beispielsweise Trinkwasser ist der Eingangsdruck und der Ausgangsdruck vergleichsweise gering. Typische Werte liegen im Bereich von wenigen bar. Bei diesen Drücken sind die auftretenden Kräfte vergleichsweise gering und erlauben auch den Einsatz von kostengünstigem Kunststoff für die Schraubkappe.
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Es gibt jedoch auch Anwendungen, insbesondere industrielle Anwendungen, bei denen ein erheblich höherer Eingangsdruck beispielsweise oberhalb von 25 bar herrscht. Bei diesen Anwendungen sind die auftretenden Kräfte groß und können nicht mehr unberücksichtigt bleiben. Dann wird die Schraubkappe und das Gehäuse mit dem Gehäusestutzen vollständig aus hochdruckbeständigem Messing gefertigt. Messing ist erheblich teurer als Kunststoff.
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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 einfach aufgebaut, für Hochdruckanwendungen geeignet ist und den Einsatz von kostengünstigem Kunststoff erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
- (d) der Druckminderereinsatz derart ausgebildet ist, dass der für den Eingangsdruck wirksame Querschnitt des Druckminderereinsatzes in der Gehäuseöffnung im Wesentlichen gleich dem für den Eingangsdruck wirksamen Querschnitt des Druckminderereinsatzes in der Öffnung in der Trennwandung ist, und
- (e) der Druckminderereinsatz aus Kunststoff gefertigt ist. Der Druckminderereinsatz ist somit nicht mehr trichterförmig, sondern hat an den entscheidenden Stellen an der Gehäuseöffnung und an der Öffnung in der Trennwandung den gleichen druckwirksamen Querschnitt. Dadurch werden vom Eingangsdruck verursachte Kräfte in Richtung der Gehäuseöffnung durch genau entgegengesetzte Kräfte in Richtung der Trennwandung gerade kompensiert. Die resultierende Kraft ist Null und vollständig unabhängig vom Eingangsdruck.
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Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet es, dass Kräfte auf das Gehäuse oder die Schraubkappe übertragen werden. Dadurch wird es ermöglicht, einzelne Komponenten, insbesondere die Schraubkappe und den Druckminderereinsatz auch bei Hochdruckanwendungen aus kostengünstigem Kunststoff zu fertigen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Druckminderereinsatz im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Die Gehäuseöffnung kann von einem Stutzen gebildet sein, durch welchen der Druckminderereinsatz hindurch ragt. Der Stutzen ist dann an das Gehäuse der Anschlussarmatur angeformt und dient lediglich zur Aufnahme des Druckminderereinsatzes. Er kann entsprechend kurz ausgeführt sein.
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Vorzugsweise ist die Belastungsfeder in einer Schraubkappe angeordnet, die in einen auf den Stutzen aufgeschraubten Adapter eingeschraubt ist. Der Adapter darf ebenfalls aus kostengünstigem Kunststoff bestehen. Der Adapter ersetzt einen großen Teil des Gehäusestutzens aus Messing nach dem Stand der Technik. Dies führt zu einer erheblichen Materialersparnis an Messing.
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Bei der Verwendung eines Adapters kann eine Regelmembran vorgesehen sein, die mit einem Rand zwischen dem armaturenseitigen Ende der Schraubkappe und einer Ringschulter auf der Innenseite des Adapters eingeklemmt ist. Die Regelmembran begrenzt eine Steuerkammer, die mit dem Auslass in Verbindung steht, so dass Auslassdruck in der Steuerkammer herrscht. Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen Steuerkammer und Auslass über Steuerbohrungen im Gehäuse hergestellt wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, die Verbindung zwischen Steuerkammer und Auslass über Steuerbohrungen in Rippen in dem Druckminderereinsatz oder über eine zentrale Steuerbohrung in der Ventilspindel herzustellen.
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Das Druckmindererventil kann einen Ventilsitz aufweisen, der an den gehäusefesten Druckminderereinsatz angeformt ist. Das Druckmindererventil kann ferner einen Ventilschließkörper aufweisen, der mit einer Ventilspindel verbunden ist, die in dem Druckminderereinsatz verschieblich geführt ist.
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Eine besonders kompakte Anordnung wird erreicht, wenn die Bewegungsrichtung der Ventilspindel, die Längsachse des Druckminderereinsatzes, die Öffnungsrichtung des Druckmindererventils, die Gehäuseöffnung und die Öffnung in der Trennwandung koaxial und senkrecht zur Längsachse der Anschlussarmatur angeordnet sind.
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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 ein Querschnitt durch eine Druckmindereranordnung für Hochdruckanwendungen
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2 ist eine Explosionsdarstellung der Druckmindereranordnung aus 1.
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3 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Druckminderereinsatzes für eine Druckmindereranordnung aus 1.
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4 ist eine perspektivische Ansicht des Druckminderereinsatzes aus 3.
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines Adapters für eine Druckmindereranordnung aus 2.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 und 2 zeigen eine allgemein mit 10 bezeichnete Druckmindereranordnung mit einem Druckmindererventil 12. Ein Druckminderer ist an sich bekannt. Eine Schraubkappe 64 der Druckmindereranordnung 10 wird mit einem Außengewinde 14 am unteren Ende 16 in das Innengewinde eines Adapterstutzens 18 geschraubt. Der Adapterstutzen 18 bildet Teil eines Adapters 20 aus kostengünstigem Kunststoff, der mit einem Gewinde 22 auf den Gehäusestutzen 23 einer Anschlussarmatur 24 mit einem Gehäuse aus Messing geschraubt wird.
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Die Anschlussarmatur 24 weist einen Einlassanschluss 26 mit einem Einlass 30 und einen Auslassanschluss 28 mit einem Auslass 32 auf. Der Einlass 30 bildet eine Eingangskammer 38 mit Eingangsdruck. Der Auslass 32 bildet eine Ausgangskammer 36 mit Ausgangsdruck. Dies ist in 1 zu erkennen. Mit dem Einlassanschluss 26 und dem Auslassanschluss 28 wird die Anschlussarmatur 24 in eine Rohrleitung (nicht dargestellt) eingebaut. Trinkwasser aus einer Trinkwasserversorgung wird vom Einlass 30 durch die nachstehend beschriebene Druckmindereranordnung zum Auslass 32 geleitet. Der am Auslass 32 herrschende Ausgangsdruck wird mit der Druckmindereranordnung 10 eingestellt, wie nachfolgend beschrieben:
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Der Adapter 20 bildet auf der Innenseite eine erste, obere Ringschulter 56 sowie darunter eine zweite, untere Ringschulter 58. Ein Druckminderereinsatz 34 erstreckt sich koaxial durch den Adapter und den Stutzen 23 in das Gehäuse der Anschlussarmatur 24. Der Adapter 20 ist in 5 noch einmal separat und im Detail dargestellt. Der Druckminderereinsatz 34 ist in 3 und 4 noch einmal separat und im Detail dargestellt.
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Der Druckminderereinsatz 34 hat eine im Wesentlichen zylindrische Grundform. Der Druckminderereinsatz 34 endet im oberen Bereich auf der Höhe der unteren Ringschulter 58. Ein Dichtring 60 zwischen zwei entlang des Umfangs umlaufenden Vorsprüngen dichtet die Außenseite des Druckminderereinsatzes 34 gegenüber der Innenwandung des Gehäusestutzens 23 ab.
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Die Trennung der Eingangskammer 38 von der Ausgangskammer 36 erfolgt im Wesentlichen durch eine Trennwandung 40, welche im Einlassbereich an die Innenwandung der Anschlussarmatur 24 angeformt ist. Dies ist in der geschnittenen Darstellung in 1 zu erkennen. Die Trennwandung 40 hat einen Wandungsteil, der im Wesentlichen parallel zur Rohrachse der Anschlussarmatur 24 verläuft. In diesem Wandungsteil ist eine Öffnung vorgesehen, durch welche sich der Druckminderereinsatz 34 erstreckt. Eine Dichtung 42 auf der Außenseite des Druckminderereinsatzes 34 dichtet den Druckminderereinsatz 34 gegenüber der Trennwandung und somit gegenüber der Einlasskammer 38 und Auslasskammer 36 ab. Zwischen den Dichtungen 60 und 42 verläuft ein Ringkanal 41, der sich von der Einlasskammer 38 um den Druckminderereinsatz 34 bis zur Trennwandung 40 erstreckt. Beide Dichtungen sind somit Eingangsdruck ausgesetzt. Da die Dichtungen 42 und 60 den gleichen Durchmesser haben und die Anordnung somit druckkompensiert ist, heben sich die resultierenden Kräfte auf den Druckminderereinsatz auf.
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Auf der oberen Schulter 56 des Adapters 20 liegt ein Dichtring 57 auf. Auf dem Dichtring 57 liegt der Rand einer Regelmembran 62. Die Regelmembran 62 wird zwischen der Schraubkappe 64 und dem Adapter 20 festgeklemmt. Die Schraubkappe 64 ist mit dem mit Außengewinde 14 unteren Bereich 16 in das Innengewinde des Adapters 20 eingeschraubt.
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Der Adapter 20 bildet mit der Regelmembran 62 eine Regeldruckkammer 46. Die Ausgangskammer 36 steht mit dem Auslass 32 in Verbindung. Zwischen Eingangskammer 38 und Ausgangskammer 36 ist das Druckmindererventil 12 der Druckmindereranordnung 10 angeordnet, über welches der Ausgangsdruck der Anordnung geregelt wird. Ein Kanal 44 im Gehäuse der Anschlussarmatur 24 mit vertikalen Verbindungen 48 zwischen dem Bereich außerhalb des Druckminderereinsatzes 34 und der Innenwandung des Gehäusestutzens 23 verbindet den Auslass 32 über die Ausgangskammer 36 mit der Regeldruckkammer 46. In der Regeldruckkammer 46 herrscht somit der Ausgangsdruck.
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Der Druckminderereinsatz 34 ist im unteren Bereich mit nach innen ragenden Stegen 90 versehen, die in einem Ring 92 münden. Die Stege 90 sind am anderen Ende mit einem Ringförmigen Wandungsteil 94 verbunden, der einen Ventilsitz 66 bildet. Dies ist in 4 gut zu erkennen. Der Ventilsitz 66 bildet zusammen mit einem Ventilteller 52 das Druckmindererventil 12. Der Ventilteller 52 und die Regelmembran 62 sind fest mit einer Ventilspindel 68 verbunden. Die Regelmembran 62 sowie ein auf der Regelmembran 62 aufliegender Membranteller 70 sind mit einer Überwurfmutter 78 eingeklemmt. Die Überwurfmutter 78 ist auf das obere Ende der Ventilspindel 68 aufgeschraubt. Die Ventilspindel 68 ist in dem Druckminderereinsatz 34 abdichtend beweglich geführt. Die Ventilspindel 68 erstreckt sich über die Höhe des Einsatzes 34 hinaus bis zum Ventilteller 52. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verbindung zwischen der Ausgangskammer 36 und der Regeldruckkammer 46 über Kanäle in separaten Rippen hergestellt. In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verbindung zwischen der Ausgangskammer 36 und der Regeldruckkammer 46 über einen zentralen Kanal in der Ventilspindel geführt. Im Bereich des Ringkanals 41 weist der Druckminderereinsatz 34 vertikale Stege 53 auf, zwischen denen Passagen 50 in das Innere des Druckminderereinsatzes 34 gebildet sind. Diese sind in 3 und 4 gut zu erkennen. Das vom Einlass 30 in die Eingangskammer 38 fließende Wasser gelangt durch den Ringkanal 41 und die Passagen in den Druckminderereinsatz 34 in den Bereich hinter dem Druckmindererventil 12.
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Die Schraubenfeder 54 ist am oberen Ende an einem Federwiderlager 74 abgestützt. Das Federwiderlager 74 ist axial verstellbar. Dadurch kann die Vorspannung der Schraubenfeder 54 eingestellt werden. Diese Vorspannung der Schraubenfeder 54 wirkt an der Regelmembran 62 dem Druck der Regeldruckkammer 46, also dem Ausgangsdruck entgegen. An der Ventilspindel 68 ist der Ventilteller 52 mit einer Dichtung befestigt. Der Ventilteller 52 wirkt mit dem Ventilsitz 66 zusammen. Durch die Regelmembran 62 wird die Ventilspindel 68 und der daran sitzende Ventilteller 52 so bewegt, dass ein Gleichgewichts-Zustand besteht. Die Einstellung der Vorspannung der Schraubenfeder 54 bestimmt daher den Ausgangsdruck.
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Bei geringem Ausgangsdruck wird der Ventilteller 52 nach unten in der Darstellung bewegt und das Ventil 12 öffnet. Bei hohem Ausgangsdruck wird der Ventilteller 52 nach oben in den Ventilsitz 66 bewegt und das Ventil 12 schließt. Es kann kein Wasser mehr vom Einlass zum Auslass fließen. Wenn der Ausgangsdruck im Auslass 32 und damit in der Ausgangskammer 36 abfällt, etwa beim Zapfen von Wasser, wird der Ventilteller 52 des Ventils 12 aufgrund des Federdrucks einer Feder 54 nach unten bewegt und das Ventil 12 öffnet solange, bis der eingestellte Ausgangsdruck wieder hergestellt ist.
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Eine Zugspindel 80 wird mit einem verdickten Ende mit der Überwurfmutter 78 koaxial mit der Ventilspindel 68 verbunden. Die Zugspindel 80 ist frei axialbeweglich in der Bohrung einer koaxialen Gewindespindel 82 geführt. Auf der Zugspindel 80 sitzt eine Sicherungsscheibe. Die Schraubkappe 64 kann gemeinsam mit dem Adapter 20 aus der Anordnung gelöst werden. Dabei bleibt die Druckeinstellung aufgrund der Sicherungsscheibe erhalten. Auf diese Weise kann ein Sieb 25 im Ringraum 41 leicht gereinigt werden. Die Gewindespindel 82 weist ein Außengewinde auf. Auf das Außengewinde ist das Federwiderlager 74 aufgeschraubt. Die Gewindespindel 82 ist am oberen, dem Ventil abgewandten Ende mit einem Mehrkant versehen. Mit dem Stellgriff 76, kann die Gewindespindel 82 gedreht werden, bis das Federwiderlager 74 eine gewünschte Position und damit die Feder eine gewünschte Vorspannung hat.
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Der obere Teil der Gewindespindel 82 ist verdickt und bildet einen Anschlag für das Federwiderlager 74. Die Zugspindel 80 ragt durch eine Mittenbohrung in dem Stellgriff. Die Zugspindel 80 ist in der Bohrung in der Gewindespindel 82 und im Stellgriff 76 frei beweglich. Der Stellgriff 76 ist auf den oberen Teil der gehäusefesten Schraubkappe aufgeschraubt. Bei Drehung bewegt sich der Stellgriff 76 in axialer Richtung nach oben oder unten in der Darstellung.
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1 zeigt den Fall der normalen, offenen Betriebsstellung mit geöffnetem Druckmindererventil 12. Diese Stellung nimmt das Ventil beispielsweise dann ein, wenn Wasser gezapft wird und der Ausgangsdruck abfällt.
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In 1 ist gut zu erkennen, dass der Gehäusestutzen 23 recht kurz ist und somit nur einen geringen Materialverbrauch an Messing erfordert. Der Adapter 20 und der Druckminderereinsatz 34 sind aus kostengünstigem Kunststoff gefertigt. Der Adapter 20 ist lediglich dem in der Regeldruckkammer 46 herrschenden Ausgangsdruck ausgesetzt, der bei Hochdruckanwendungen wesentlich geringer ist, als der Eingangsdruck. Der hohe Eingangsdruck wirkt lediglich auf das Gehäuse der Anschlussarmatur 24, die aus Messing besteht und auf den druckkompensierten Druckminderereinsatz 34.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer besonders einfachen Anordnung mit einer Regelmembran beschrieben. Es versteht sich, dass die Erfindung auch mit komplexeren Anordnungen verwirklicht werden kann. So ist es denkbar den Druckminderer mit Filtern oder Leckageschutzeinrichtungen zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009013661 [0003]
- DE 102007011228 A1 [0003]
