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Die Erfindung betrifft einen Luft- und Schmutzabscheider mit Elastomermembran-Entlüfter für die Wassertechnik – insbesondere einen Mikroblasen- und Luft- und Schlamm- und Schmutzabscheider für die Sanitär- und Heizungstechnik nach Hauptpatent 'Luft- und Schmutzabscheider für die Wassertechnik', Patentanmeldung
DE 10 2010 032 394 v. 27 Jul. 2010.
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Im Wasser – auch in geschlossenen Systemen – befinden sich physikalisch bedingt Luft und andere Gase und wo sich Wasser und Gase in Metall-Rohrleitungen aufhalten, finden Korrosionsprozesse statt, die sich auf die Funktionsfähigkeit der Komponenten einer wassertechnischen Anlage negativ auswirken. Gase im Anlagenwasser verursachen Zirkulationsstörungen und Korrosionsprodukte – wie mitgeführte Schlammteilchen.
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Es gibt zwei Zustandsformen von Luft in wassertechnischen Anlagen
- a) Luft ist im Wasser gelöst
- b) Luft ist im Wasser in Form von Luftbläschen vorhanden.
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Zu a) Wasser ist in der Lage – in Abhängigkeit von Druck und Temperatur – Luft in seinen einzelnen Gasen Sauerstoff, Stickstoff und Spuren von anderen Gasen aufzunehmen. Diese Lösung aus Wasser und Gasen ist relativ stabil. Mit der Befüllung einer Heizungsanlage mit einem Wasservolumen von 100 l bei einer Temperatur von 10°C und einem Druck von 2 bar werden ca. 7% Luft in gelöster Form in die Anlage eingebracht. Bei einer Erwärmung des Wassers um 65° reduziert sich der Luftanteil im Wasser auf ca. 3%, das bedeutet, daß durch den Erwärmungsprozeß ca. 4 l Gase von 100 l Wasser aus der Anlagenflüssigkeit frei werden.
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Zu b) Freie Luft im Anlagenwasser in Form von Gasblasen können sein
- – sichtbare große Luftblasen
- – wenig sichtbare bis kaum auszumachende Mikroblasen.
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Größere Luftblasen entwickeln höhere Auftriebskräfte als kleinere Luftblasen und bewegen sich überwiegend im oberen Bereich der Rohrleitung durch das System. Je kleiner die Luftblasen sind – Mikroblasen haben einen Durchmesser von 0,01 mm...0,2 mm – um so stärker ist ihre Neigung, in der Strömung zu verbleiben. Bei bestimmten Zuständen verhalten sich Mikroblasen im Volumenstrom wie der Volumenstrom und setzen sich nicht mehr ab. Dem folgend ist die Entfernung von Mikroblasen mit konventionellen Einrichtungen wie Schnell- oder Automatik- oder Schwimmer-Entlüftern, Lufttöpfen und/oder Zentrifugalabscheidern nicht möglich; diese Geräte funktionieren gut nach der Anlagenwartung bei Anlagenfüll- und Entleerungsprozessen.
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Mikroblasen entstehen auf unterschiedliche Art und Weise, wie z. B. an den Temperaturhochpunkten der Feuerraumwand in einem Heizkessel, die oberhalb des Siedepunkts von Wasser liegen, mit einer Größe von etwa 0,05 mm...0,13 mm Durchmesser. Durch den Drosseleffekt an Querschnittsverengungen – wie bei Ventilen – erfahren die Flüssigkeiten Druckabsenkungen, die bis in den Vakuumbereich reichen. Luftblasen werden bei Erreichen der physikalisch bedingten Löslichkeitsgrenze frei, Strömungsgeschwindigkeit < 0,1 m/s. Durch die Druckabsenkung werden in der Strömung vorhanden Luftblasen größer und zerspringen zu Mikroblasen nach der Querschnittsverengung durch einen schlagartigen Druckanstieg bis auf den Systemdruck – in der Literatur auch als Kavitation bezeichnet wie bei der Hohlsogbildung am Schaufelkanaleintritt von Pumpenflügelrädern.
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Der Gasgehalt in Flüssigkeiten wird durch Temperatur- und Druckänderung bestimmt; da die Werte für Temperatur und Druck sich in einer Heizungsanlage ständig ändern, schwankt sich auch die physikalisch bedingte Gaslöslichkeitsgrenze und damit der Gehalt an freien und gelösten Gasen. Mikroblasenabscheider tragen im wesentlichen dazu bei, freie Gasblasen – wie unter b) – im Volumenstrom zu entfernen. Wie oben erwähnt, kommt es im Bereich der Temperaturhochpunkte der Kesselfeuerraumwand zu Ausgasungen in Form von Mikroblasen, die über den Volumenstrom in den Heizungsvorlauf gelangen. Werden die Mikroblasen im Kesselvorlauf aus dem System entfernt noch bevor sie im Rohrnetz wieder in Lösung gehen, ist das Wasser wieder in der Lage, wieder eine bestimmte Gasmenge aufzunehmen. So befindet sich ein Teil der Anlagenflüssigkeit im Rohrnetz in einem bezogen auf Gas absorptiven Zustand und nimmt die noch im System vorhandenen freien Gase auf. Da sich durch die Wasserumwälzung der Vorgang bei Betrieb der Anlage ständig wiederholt, nimmt das Mikroblasenvolumen kontinuierlich ab bis keine freien Gasblasen mehr in der Flüssigkeit enthalten sind; Korrosion wird vermieden, Zirkulationsstörungen auf Grund von eingeschlossenen Luftblasen entfallen.
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Die Schlammbildung in den wassertechnischen Anlagen ist eine Folge des im Wasser enthaltenen reaktiven Sauerstoffs; der Sauerstoff sucht nach Bindungspartnern, wie z. B. bei Stahlrohrsystemen der Eisenstoff an der Rohrwand. Es entsteht Schlamm als Korrosionsprodukt, der Anlagenteile schädigt und den Wärmeübergang an Heizflächen reduziert. Beseitigung des Schlamms ist durch Filtern oder Sedimentation möglich. Bei der Filterung werden schon bei mehreren Wasserkreisläufen in Kreislaufanlagen schnell definierte Abscheidegrade erreicht; diesem Vorteil überwiegen jedoch eine Reihe von Nachteilen, wie
- – beim Zusetzen der Filter erfolgt Druckaufbau
- – Filterelemente müssen bereitgestellt werden, wartungsintensiv
- – Filterwechsel mittels By-pass-Strecke oder Anlagenabschaltung.
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Für die Sedimentation werden Schlammabscheider eingesetzt; Schlammabscheider sind meist zylinderförmige, im Querstrom befindliche Geräte mit einem unterhalb des Wasserflusses angebrachten entleerbaren Auffangbehälter – Entschlammungsbehälter für Schwebstoffe, wobei der Wasserfluß durch Einbauten beeinflußt ist, wie innerhalb des Gehäuses nach unten gerichtete unterschiedlich turbulente Zonen, durch die Schmutzteile verwirbelt werden und sich am Gehäuseboden zur Entleerung absetzen. Vorteile des Schlammabscheiders
- – kein Druckaufbau durch Zusetzen
- – keine Bereitstellung von Auswechsel-/Ersatzteilen
- – Entleerung unter Betriebsdruck ohne Unterbrechung möglich.
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Mit Hilfe des Magnetismus können dem Wasserkreislauf zusätzlich den magnetischen Fluß leitende Schmutzpartikel entzogen werden.
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Auf die Würdigung des Stands der Technik wird an dieser Stelle verzichtet und auf die ausführliche Darstellung in der Hauptanmeldung verwiesen.
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Gemäß Hauptpatent 'Luft- und Schmutzabscheider für die Wassertechnik', Patentanmeldung
DE 10 2010 032 394 , wird ein Mikroblasen- und Luft- und Schlamm- und Schmutzabscheider für die Sanitär- und Heizungstechnik vorgestellt, der sich durch folgende Funktionen auszeichnet
- – der Luft-/Mikroblasenabscheider besitzt eine stehende Innen-Drahtbürste mit Leitblech als Mikroblasen- und Luftsammler
- – der Schmutz-/Schlammabscheider hat eine drehende Außen-Drahtbürste für die dynamische Reinigung des Wassers und einen Magnetstabsammler für magnetisch leitende Teile
- – die Entlüftung wird durch einen Membran-Entlüfter mit Sicherungsventil realisiert.
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Der Luft- und Schmutzabscheider für die Wassertechnik besteht im wesentlichen aus
- – einem hohlzylinderförmigen nach unten etwa kegelförmig sich verjüngenden Topf mit Leitblech und Anschlußstutzen und Anschlüssen für Boden und Deckel
- – einem Bodendeckel mit Magnetstab und Fischdichtung (wahlweise mit Ventil)
- – einem Schraubdeckel mit Bürsten, Sicherungsventil und Flachdichtung
- – einem Ventildeckel mit Elastomermembran-Entlüftung und Flachdichtung
und wird in den Kessel-Warmwasservorlauf gemäß angegebener Pfeilrichtung mittels der Einlaß- und Auslaßstutzen verbaut. Das Leitblech soll dem eintretenden Wasser eine Richtung geben, um ein Maximum an Luft- und Mikroblasenausbeute sowie ein Maximum an Schmutz- und Schlammausbeute zu erzielen.
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Das in den Topf eintretende Wasser einerseits auf eine feststehende Drahtbürste geleitet, um bei einer Strömungsgeschwindigkeit von < 0,1 m/s Mikroblasen an den Stahlborsten zu sammeln, die dann als Luftblase über den Entlüftungskanal aufsteigt, und andererseits auf die sich drehende Drahtbürste geleitet, um bei gegebenem Wasserwirbel Schmutz- und Schlammanteile vom Wasser zu trennen und über weniger turbulente bzw. beruhigte Zonen zu Boden sinken zu lassen, insbesondere unterstützt durch einen im Bodendeckel befestigten Permanent-Magnetstab, der die magnetisch leitenden Teile dem Wasser entzieht. Zum Reinigen des Wasserschlammbehälters wird der ggf. unter Druck stehende Bodendeckel abgeschraubt, um den Wasserdruck auch für die Reinigung zu nutzen. Der Bodendeckel kann auch zusätzlich mit einem Handventil – wie einem Kugelhahn o. ä. – ausgestattet sein, um eine Inspektion oder Kurzwartung durchzuführen.
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Die feststehende und die drehende Drahtbürste – z. B. bildet die feststehende Drahtbürste das Lager für die drehende Bürste (nicht dargestellt) – sind mittels einer Aufnahme des Schraubdeckels geführt. Die Aufnahme oder Halterung ist als hohlzylinderförmiger Stutzen aufgebaut, der auch die Führung und die Funktion des Sicherungsventils inne hat. Das Sicherungsventil ist ein federvorgespanntes Kugelventil, welches den Entlüftungskanal bei entferntem Ventildeckel schließt, um Wasseraustritt und Druckverluste während der Wartungsarbeiten am Ventildeckel zu vermeiden.
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Bei der Entlüftung wird ganz auf bekannte halbautomatische oder automatische Entlüfter mit Schwimmertechnologie verzichtet und die ohne mechanisch bewegliche Teile auskommende Membran-Technologie bevorzugt eingesetzt. In den Entlüftungskanal kommt eine druckbeständige Elastomermembran oder eine geschichtete, mit Trägermaterial konfektionierte Membranfolie zum Einsatz. Der Membrankörper wird entsprechend dem abzuführenden Luftvolumen nach Größe und Porosität bzw. Gasdurchlässigkeit dimensioniert. Ist der Ventildeckel dicht mit dem Topf verschraubt, ist über den Ventilstößel des Deckels das Kugelventil und somit der Entlüftungskanal geöffnet und aus dem Volumenstrom generierte Luft- bzw. Mikroblasen können über die Entlüftungsbohrung des Ventildeckels entweichen.
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Der Luft- und Schmutzabscheider für die Wassertechnik ist sehr kompakt aufgebaut und kommt mit sehr wenigen Bauteilen aus; seine Herstell- und Logistikkosten sind überschaubar. Das hier vorgestellte Modell steht für eine Produktfamilie von Luft- und Schmutzabscheidern, die sich durch die Dimensionierung ihrer Volumendurchsätze und ihrer Anschlußwerte unterscheiden und das Sortiment bilden. Heizungsanlagen werden üblicherweise mit max. 2 bar...3 bar Betriebsdruck und Solaranlagen mit max. 4 bar...6 bar Betriebsdruck gefahren – Temperatur < 135°C; die Geräte sollten jedoch dem Prüf- und Abdrückdruck von 10 bar standhalten. Übliche Anschlußmaße sind DN 15 – 1/2'', DN 20 – 3/4'', DN 25 – 1'', DN 32 – 1 1/4'' und DN 40 – 1 1/2''; weitere Maße sind DN 50, DN 65, DN 80 und DN 100.
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Ziele der Verbesserungen des Luft- und Schmutzabscheiders für die Wassertechnik – insbesondere des Mikroblasen- und Luft- und Schlamm- und Schmutzabscheiders für die Sanitär- und Heizungstechnik – betreffen die Sicherungs- und die Entlüftungstechnik.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Luft- und Schmutzabscheider mit Elastomermembran-Entlüfter für die Wassertechnik – insbesondere einen Mikroblasen- und Luft- und Schlamm- und Schmutzabscheider für die Sanitär- und Heizungstechnik mit Sicherungs- und Entlüftungstechnik zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug. Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Luft- und Schmutzabscheiders wird vorgeschlagen
- – die Sicherungs- und Entlüftungsfunktion dem Gerät zu entnehmen
- – diese Funktionen in einem neuen Be- und Entlüftungsautomaten mit Elastomermembran vorzusehen
- – an der Deckelpartie des Luft- und Schmutzabscheiders eine mechanisch-hydraulische Schnittstelle einzurichten und
- – den Elastomermembran-Entlüfter als Komponente dem Luft- und Schmutzabscheider hinzuzufügen.
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Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise liegt in der Wiederverwendung der Komponente Be- und Entlüftungsautomat mit Elastomermembran begründet; das Bauteil findet als selbständige Sicherungs- und Entlüftungskomponente in der Wassertechnik und im Heizungs- und Anlagenbau vielfältigen Einsatz.
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Be- und Entlüftungsautomaten mit Elastomermembran sind gemäß des Stands der Technik bekannt und bestehen üblicherweise aus einer Deckelkappe, einem Oberteil, einer Membran sowie einem Unterteil. Die Kunststoffteile Deckelkappe und Oberteil sind zweiteilig gespritzt, werden aber durch Fügen und Schweißen, Pressen und/oder Kleben einstückig. Ober- und Unterteil werden miteinander über die zwischengefügte Membran als Einlegeteil mit/ohne Träger oder besser mit im Oberteil im 2K(Komponenten)-Verfahren angespritzte Membran als Dichtteil verschraubt. Das vorzugsweise Kunststoff-Unterteil besitzt darüber hinaus ein Kugelventil, welches mittels einer Kugel und einer Schraubenfeder gegen eine Zentralbohrung im Unterteil dichtet, beeinflußt jedoch durch einen Stößel des Oberteils, der je nach Schraubtiefe zwischen Ober- und Unterteil einen Gas- und Flüssigkeitskanal freigibt. Das Unterteil besitzt – ähnlich einer Doppelmuffe – ein weiteres Außengewinde, welches, mit einem Dichtring versehen, die Verbindung zur Heizungs- oder Warmwasseranlage oder sonstigen geschlossenen Rohrkreisläufen bildet.
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Die deutsche Anmeldung 'Be- und Entlüftungsautomat mit Membran als Systembaukasten',
DE 10 2009 048 402 , schlägt als Be- und Entlüftungsautomat mit Elastomermembran
1 eine Entlüftungskappe vor, die in Verbindung mit einem Ventilkörper-Anschlußstück als Dauerentlüftung fungiert. Die Schraubkappe weist einen kleinen Kanal/Bohrung im Deckel auf, der die Verbindung zwischen Ventilinnenraum und Außenraum herstellt. Außerdem gehört eine semipermeable Membranpatrone zum Geräteumfang, die im Medienkanal positioniert wird und eine Zwangsführung der Entlüftung über die Patrone bewirkt. Weiterhin besitzt die Entlüftungsschraubkappe innen in ihrer Mute einen Führungsstift als Öffner, der in Abhängigkeit der Kappen-Schraubtiefe auf die federbeaufschlagte Kugeldichtung des Rückschlagventils wirkt und dieses zu Öffnen in der Lage ist. Über die semipermeable Membran werden Gase abgeleitet und flüssige Medien zurückgehalten.
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Gemäß der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2010 051 890 wird angenommen, daß der Be- und Entlüftungsautomat mit Elastomermembran
2, bestehend aus Deckelklappe, Oberteil, halbdurchlässiger Membran, Unterteil und Kugelventil, einen Flüssigkeits- und Gaskanal besitzt, der durch den mit dem Gasdurchtrittskörper verbundenen Membrankörper zum Gaskanal semipermeabel reduziert. Mit dem Gasdurchtrittskörper – und somit auch mit der semipermeablen Membran – wurde eine Form – ähnlich einer Zitronenpresse – gewählt, die einerseits eine große Durchtrittsfläche für den Gaskanal bietet und andererseits auch – im Verbund von Ober- und Unterteil – in der Lage ist, eine dünne, permeationsabhängige Membranschicht aufzunehmen und diese auch gegen höheren Druck zu isolieren. Die gestalterischen Vorteile bezogen auf den Gaskanal und die Permeationsrate könnten sich nachteilig auf die kunststoffspritztechnische Realisation und den damit verbundenen Werkzeugaufwand auswirken.
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Der Vorteil des Be- und Entlüftungsautomaten 2 gegenüber dem der vorangegangenen Anmeldung ist, daß die aufwendige Anfertigung und Prüfung der aus Membranfolie und Träger bestehenden semipermeablen Membranpatrone entfällt.
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Der Be- und Entlüftungsautomat mit Elastomermembran
3 – deutsche Patentanmeldung
DE 10 2010 055 886 – besteht aus einem Deckel, einem Oberteil, einer Membran, einem Unterteil sowie einem Kugelventil. Die Kunststoffteile Deckel und Oberteil sind zweiteilig gespritzt, werden aber durch Fügen und Schweißen, Pressen und/oder Kleben einstückig. Ober- und Unterteil werden miteinander über die im Oberteil im 2K(Komponenten)-Verfahren angespritzte Membran als Dichtteil verschraubt. Das vorzugsweise Kunststoff-Unterteil besitzt darüber hinaus ein Kugelventil, welches mittels einer Kugel und einer Schraubenfeder (nicht dargestellt) gegen eine Bohrung
2 im Unterteil dichtet, beeinflußt jedoch durch einen Stößel des Oberteils, der je nach Schraubtiefe zwischen Ober- und Unterteil einen Flüssigkeits-/Gaskanal freigibt. Das Unterteil besitzt – ähnlich einer Doppelmuffe – ein weiteres Außengewinde
2, welches, mit einem Dichtring versehen, die Verbindung zur Heizungs- oder Warmwasseranlage oder geschlossenen Rohrkreisläufen bildet. Der Vorteil des Be- und Entlüftungsautomaten
3 gegenüber dem der vorangegangenen Anmeldung ist, daß die Führung des Flüssigkeits- und Gaskanals so gestaltet ist, daß die semipermeable Elastomermembran im 2K(Komponenten)-Kunststoff-Spritzverfahren im laufenden Produktionsprozeß eingebracht wird.
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Vorgestellt wird ein weiterer Be- und Entlüftungsautomat mit Elastomermembran 4, der ebenfalls aus einem Deckel, einem Adapter, einer Membran, einem Unterteil sowie einem Kugelventil besteht und deren Funktion sich wie oben darstellt. Das Unterteil hat – ähnlich einem Doppelnippel – ein zu dichtendes Außengewinde als mechanische Verbindung zur wassertechnischen Anlage mit einem darüberliegenden Sechskant mit Schlüsselweite zwecks Befestigung. Zwischen den Sechskant-Flächen befinden sich Bohrungen für die Schnellentlüftung zum innenliegenden Ventilgehäuse. Darüber schließt das Außengewinde für die Adapterverschraubung an. Der Adapter mit dem Deckel steuert – neben dem Kugelventil – die Entlüftungsfunktionen. Der zylindrische Mittenstift des Adapters dient einerseits der Aufnahme der Ventilfeder und andererseits nimmt er als Ventilstößel durch Höhenverstellung Einfluß auf die Lage der Ventilkugel im Zylinder. Der Adapter besitzt eine nach oben weisende Bohrung für die Membran-Dauerentlüftung. In einem zylinderförmigen Hohlraum zwischen Adapter und Doppelnippel befindet sich die einstückig mit dem Adapter verbundene, U-scheibenförmig ausgebildete semipermeable Membrandichtung. Sie führt mit der Links-/Rechts-Verschraubung von Deckel und Adapter eine Auf-/Ab-Bewegung aus und bildet somit ein Offen-/Zu-Ventil für die Schnellentlüftung und ggf. über den Ventilstößel für das Kugelventil.
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Ein weiterer Vorteil des Be- und Entlüftungsautomaten 4 gegenüber den vorangegangenen Anmeldungen ist neben der einstückigen Membranausführung mit Träger die Separierbarkeit und Eigenständigkeit des aufgebrachten Deckels; der Deckel überdeckt vollständig den Elastomermembran-Entlüfter und seine Ausführungsform und Gestaltung bestimmen das Erscheinungsbild des Automaten in Form- und Farbgebung.
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Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen weiter verdeutlicht. Es zeigen
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1 Luft- und Schmutzabscheider, Gesamtansicht, in Perspektive
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2 Elastomermembran-Entlüfter, Perspektive, Viertelschnitt
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3 Elastomermembran-Entlüfter, Explosionszeichnung
- a) Perspektive, von oben
- b) Perspektive, von unten
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4 Luft- und Schmutzabscheider, Seitenansicht, Halbschnitt
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5 Elastomermembran-Entlüfter, Wirkprinzip.
- a) Schraubventil Offen, Kugelventil Offen
- b) Schraubventil Offen, Kugelventil Zu
- c) Schraubventil Zu, Kugelventil Zu
- d) Schraubventil Zu, Kugelventil Offen
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Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird fortgesetzt anhand der Erläuterung der Figuren.
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Wie aus 1 ersichtlich, besteht der Luft- und Schmutzabscheider 1 für die Wassertechnik im wesentlichen aus
- – einem hohlzylinderförmigen nach unten etwa kegelförmig sich verjüngenden Topf 2, 21 mit Leitblech 28 und Anschlußstutzen 24, 25, 26, 27 und Anschlüssen für Boden 22 und Deckel 23
- – einem Bodendeckel 4, 41 mit Magnetstab 45 und Flachdichtung 46 (wahlweise mit Ventil 47, 48 nicht dargestellt)
- – einem Schraubdeckel 6, 61 mit Bürsten 68, 69 und Flachdichtung 62
- – einem Elastomermembran-Entlüfter 8, 81 mit Adapter 82, Doppelnippel 91, Entlüftung 86, 88, 98 und Dichtring 84
und wird in den Kessel-Warmwasservorlauf gemäß angegebener Pfeilrichtung mittels der Einlaß- 24 und Auslaßstutzen 26 verbaut. Das Leitblech 28 soll dem eintretenden Wasser eine Richtung geben, um ein Maximum an Luft- und Mikroblasenausbeute sowie ein Maximum an Schmutz- und Schlammausbeute zu erzielen.
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2 stellt den Elastomermembran-Entlüfter 8 des Luft- und Schmutzabscheiders 1 in Perspektive mit einem Viertelschnitt versehen dar. Die wesentlichen Komponenten des Entlüfters sind das Deckelgehäuse 81, der Adapter 82 sowie der Doppelnippel 91. Das Sicherungsventil – als Kugelventil ausgeführt – gebildet aus dem Ventilgehäuse 95 mit innenliegender Ventilkugel 97, die über die Ventilfeder 96 und ggf. durch den Ventilstößel 87 geführt wird. Das Sicherungsventil ist Teil des Doppelnippels, der in Höhe des Kugelventils ein Außengewinde 94 mit Dichtring 84 zwecks einstückiger dichter Befestigung mit dem Deckelgehäuse 61 des Schraubdeckels 6 des Topfs 2 des Luft- und Schmutzabscheiders ausweist. Der Adapter mit Innengewinde 83 mit Deckelgehäuse wird über ein weiteres Außengewinde 92 des Doppelnippels mit diesem fest verbunden.
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Der Adapter 82 zusammen mit dem Deckelgehäuse 81 steuern – neben dem Kugelventil – die Entlüftungsfunktionen. Der zylindrische Ventilstößel 87 des Adapters dient einerseits der Aufnahme der Ventilfeder 96 und andererseits nimmt er durch Höhenverstellung Einfluß auf die Lage der Ventilkugel 97 im Ventilgehäuse 95. Der Adapter besitzt eine nach oben weisende Bohrung sowie einen Kanal 88 für die Membran-Dauerentlüftung. in einem zylinderförmigen Hohlraum mit Führung 90 zwischen Adapter und Doppelnippel 91 befindet sich die einstückig mit dem Adapter verbundene, U-scheibenförmig ausgebildete semipermeable Membrandichtung 85. Sie führt mit der Links-/Rechts-Verschraubung von Adapter und Deckelgehäuse – wobei das Deckelgehäuse einen Drehknopf bildet – eine Auf-/Ab-Bewegung aus und bildet somit ein Auf-/Zu-Ventil für die Schnellentlüftung über den Kanal 98 und die Bohrung 86.
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3 offenbart den Elastomermembran-Entlüfter 8 in seinen Einzelteilen als Explosionszeichnung, in 3a) in perspektivischer Darstellung von oben und in 3b) in perspektivischer Darstellung von unten, mit dem Ziel der Darstellung der Innengestaltung der hohlzylinderförmigen Teile. Deckelgehäuse 81 wird mit dem Adapter 82 einstückig verbunden. Der Adapter besitzt zum Deckelgehäuse hin die sternförmig angeordneten Kanäle 88 für die Membran-Dauerentlüftung und in seinem Innern das Innengewinde 83 für die Befestigung des Doppelnippels 91 sowie die Aufnahmen für die Ventilfeder 89 und die Elastomermembran 90 und den Ventilstößel 87. Die Elastomermembran 85 ist hier als U-scheibenförmig ausgebildete semipermeable Membrandichtung mit einem siebartigen Träger ausgebildet. Der Doppelnippel besteht aus den beiden Außengewinden 92 und 94 mit dem Dichtring 84 und dem Außensechskant 93, zwischen dessen einzelnen Flanken die Bohrungen 86 für die Schnellentlüftung angeordnet sind. Ventilgehäuse 95 mit Ventilfeder 96 und Ventilkugel 97 bilden das Kugelventil. Die Dimensionierung der Luftkanäle 71, 85, 86, 88, 95, 98 erfolgt anwendungsbezogen.
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4 zeigt den Luft- und Schmutzabscheider 1 in Seitenansicht und mit einem Halbschnitt versehen. Das in den Topf 2, 21 eintretende Wasser einerseits auf eine feststehende innen liegende Drahtbürste 66, 68 geleitet, um bei einer Strömungsgeschwindigkeit von < 0,1 m/s Mikroblasen an den Stahlborsten zu sammeln, die dann als Luftblase über den Entlüftungskanal 71 aufsteigt, und andererseits auf die sich drehende außenliegende Drahtbürste 67, 69 geleitet, um bei gegebenem Wasserwirbel Schmutz- und Schlammanteile vom Wasser zu trennen und über weniger turbulente bzw. beruhigte Zonen zu Boden 4, 41 sinken zu lassen, insbesondere unterstützt durch einen im Bodendeckel 41 mittels einer Aufnahme 44 befestigten Permanent-Magnetstab 45, der die magnetisch leitenden Teile dem Wasser entzieht. Zum Reinigen des Wasserschlammbehälters wird der ggf. unter Druck stehende Bodendeckel 41 abgeschraubt, um den Wasserdruck auch für die Reinigung zu nutzen. Der Bodendeckel kann auch zusätzlich mit einem Handventil 47, 48 – wie einem Kugelhahn o. ä. – ausgestattet sein, um eine Inspektion oder Kurzwartung durchzuführen.
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Die feststehende 66, 68 und die drehende Drahtbürste 67, 69 – z. B. bildet die feststehende Drahtbürste 68 das Lager für die drehende Bürste 69 (nicht dargestellt) – sind mittels einer Aufnahme 65 des Schraubdeckels 61 geführt und werden über den Sicherungsring 70 gehalten. Die Aufnahme oder Halterung 65 ist als hohlzylinderförmiger Stutzen aufgebaut, der auch die Führung und die Funktion des Entlüftungskanals 71 inne hat. Das Sicherungsventil ist ein federvorgespanntes 96 Kugelventil 97, welches den Entlüftungskanal 98 bei entferntem Ventildeckel 8, 81 mit Adapter 82 schließt, um Wasseraustritt und Druckverluste während der Wartungsarbeiten am Elastomermembran-Entlüfter 8 zu vermeiden.
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Bei der Entlüftungsaufgabe wird zur Gänze auf bekannte halbautomatische oder automatische Entlüfter mit Schwimmertechnologie verzichtet und die ohne mechanisch bewegliche Teile auskommende Membran-Technologie ist bevorzugt eingesetzt. In den Entlüftungskanal 71, 95, 98, 85, 88 kommt eine druckbeständige Elastomermembran oder eine geschichtete mit Trägermaterial konfektionierte Membranfolie 85 zum Einsatz. Der Membrankörper wird entsprechend dem abzuführenden Luftvolumen nach Größe und Porosität bzw. Gasdurchlässigkeit dimensioniert. Ist der Adapter 82 dicht mit dem Doppelnippel 91 verschraubt und dieser fest über den Dichtring 84 mit dem Schraubdeckel 6 des Topfs 2 verbunden, ist über den Ventilstössel 87 des Adapters das Kugelventil 95, 96, 97 und somit der Entlüftungskanal 71 geöffnet und aus dem Volumenstrom generierte Luft- bzw. Mikroblasen können über den Entlüftungskanal 88 des Adapters entweichen. Für die Schnellentlüftung beim Warten oder Befüllen der Anlage ist im Doppelnippel 91 ein Entlüftungsbohrung 86 vorgesehen, die durch Drehen des Adapters 82 – in Verbindung mit dem Deckelgehäuse 81 – freigegeben wird. Da das Deckelgehäuse als unabhängige Komponente erst mit dem Adapter einstückig wird, kann dasselbe nach Kundenwunsch geometrisch – bis auf den Innendurchmesser – und farblich frei gestaltet werden.
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Weiterhin wird der mechanische Zusammenbau des Luft- und Schmutzabscheiders verdeutlicht. Topf 2, 21 ist über das Innengewinde 23 und die Flachdichtung 62 mit dem Schraubdeckel 6, 61 und Außengewinde 63 verbunden. Der Elastomermembran-Entlüfter 8, 81 besitzt über den Adapter 82 und den Doppelnippel 91 ein Außengewinde 94, mit welchem er mit dem Innengewinde 64 des Schraubdeckels mittels des Dichtrings 84 dicht schließend verbunden wird. Der mit einer Riefelung 42 versehene Bodendeckel 4, 41 mit Innengewinde 43 wird mittels Flachdichtung 46 dicht mit dem Topf 2 über das Außengewinde 22 verschraubt.
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5 erklärt das Wirkprinzip des Elastomermembran-Entlüfters 8.
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In der Ventilstellung 5a) ist das Schraubventil 81, 82, 91 geöffnet und das Kugelventil 95, 96, 97 ebenfalls und es wird der Zustand der Befüllung der Anlage angenommen. Das Schraubventil wurde manuell geöffnet, damit beim Befüllvorgang eine entsprechend große Luftmenge – durch Linie mit Pfeilspitze angedeutet – austreten kann. Da sich im Ventilgehäuse und in dessen Umgebung Luft angesammelt hat, drückt die Ventilfeder die Ventilkugel herunter und öffnet das Kugelventil.
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Zum Ende der Anlagenbefüllung drückt aufkommendes Wasser die Ventilkugel 97 gegen den oberen Schließrand des Ventilgehäuses 95 und dichtet. 5b) zeigt den Zustand an 'Schraubventil Offen, Kugelventil Zu'.
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Zum Betrieb der wassertechnischen Anlage wird – gemäß 5c) – das Schraubventil 81, 82, 91 manuell verschlossen; mit dem Zudrehen des Deckelgehäuses mit Adapter gegen den Doppelnippel verkleinert sich der bis dato offene Luftraum 98 zu einem Kanal; Membran 85, Membranführung 90 und Ventilstößel 87 haben ihre Position senkrecht zur Drehebene in entgegengesetzte Richtung zum Gehäusedeckel verändert und die bis dahin geöffnete Bohrung Schnellentlüftung 86 wird durch den dichten Rand der U-scheibenförmig ausgebildeten semipermeablen Membrandichtung mit Führung geschlossen.
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5d) zeigt bei geschlossenem Schraubventil 81, 82, 91 und geöffnetem Kugelventil 95, 96, 97 den normalen Anlagen-Betriebszustand. Dabei eröffnen sich mehrere Varianten der Arbeitsweise des Kugelventils.
- 1. Der Ventilstößel 87 hat keine Funktion auf die Ventilkugel 97 und dient nur als Ventilfederaufnahme – wie 5c) zeigt. Damit bleibt das Kugelventil im normalen Anlagen-Betriebszustand geschlossen, der Betriebs-Wasserdruck der Anlage drückt die Ventilkugel gegen den oberen Innenrand des Ventilgehäuses und dichtet. Es sammelt sich nun zunehmend Luft gemäß der Arbeitsweise des Mikroblasenabscheiders im Kopf des Abscheiders bis ein Druckverhältnis aus Ventilfederdruck, Luftdruck und Wasserdruck die Ventilkugel zum kurzzeitigen Öffnen und Luftabblassen bewegt, um dann auf Grund des überwiegenden Wasserdrucks wieder in die Schließposition zu drücken. Das Kugelventil arbeitet wie ein Schwimmerventil; die Elastomermembran verhindert den Austritt von überschüssigem Druckwasser beim Schließvorgang.
Ein Vorteil dieser Arbeitsweise liegt darin, daß kein Betriebs-Wasserdruck an der Elastomermembran anliegt und dadurch die Membran für normalen Atmosphärendruck ausgelegt werden kann.
- 2. Der Ventilstößel 87 wirkt – in Zu-Stellung des Schraubventils 81, 82, 91 – auf die Ventilkugel 97 und drückt diese gegen den Betriebs-Wasserdruck in eine Offen-Stellung, so daß das Wasser an der Elastomermembran 85 und deren Führung 90 ansteht und die semipermeable Membran die angesammelte Luft aus der Anlagenbefüllung über den Luftkanal 88 – durch Linie mit Pfeilspitze angedeutet – abführt. Die Elastomermembran mit Führung muß für den Anlagen-Betriebsdruck ausgelegt sein, ggf. auch für den erhöhten Prüf-Wasserdruck, wenn nicht zuvor das Schraubventil geöffnet wurde. Das Kugelventil arbeitet bei Offen-Stellung des Schraubventils als Schwimmerventil und als Sicherungsventil bei Wartungsarbeiten am Elastomermembran-Entlüfter.
- 3. Eine weitere Variante – in Zu-Stellung des Schraubventils 81, 82, 91 – ergibt sich, wenn die Ventilfeder 96 nicht für den Luftdruck, sondern für den Betriebs-Wasserdruck der Anlage ausgelegt wird und das Kugelventil 95, 96, 97 schließt, wenn ein voreingestellter Betriebsdruck überschritten wird, wie z. B. beim Anlagen-Prüfvorgang mit erhöhtem Prüf-Wasserdruck.
Auch in diesem Fall steht der Betriebs-Wasserdruck an der Elastomermembran 85 an; die Membrane muß entsprechend dimensioniert werden, jedoch nicht für den Prüf-Wasserdruck.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Elastomermembran 85 als Schieberventil gestaltet, daß bei Offen-Stellung des Schraubventils 81, 82, 91 über das Kugelventil 95, 96, 97 und die Schnellentlüftungs-Bohrung 86 ohne Membran entlüftet wird und bei Zu-Stellung des Schraubventils die Elastomermembran vor der Schnellentlüftungs-Bohrung unter Betriebs-Wasserdruck wirkt; der Kanal Membranentlüftung 88 kann entfallen, es sei denn, daß bestimmte Querschnitte für berechnete, abzuführende Luftvolumen die Aufrechterhaltung von getrennter Schnellentlüftung und Membranentlüftung erforderlich machen.
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Der große Vorteil in der Verwendung der Elastomermembran als semipermeable Dauerentlüftung liegt in dem Nichtvorhandensein mechanisch beweglicher Teile, wie sie z. B. in einer Schwimmerentlüftung gegeben ist. Die durch die Mikroblasenausscheidung ergebenden Luftmengen werden nicht im Topfdeckelbereich gesammelt bis ein Schwimmerventil anspricht, sondern sie können direkt als kleinste Luftmenge entweichen. Durch den unterstützenden Membranträger ist die Anordnung üblichen Drücken in solchen Anlagen gewachsen.
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Das bis auf den Innendurchmesser unabhängige Deckelgehäuse des Elastomermembran-Entlüfters kann in vorteilhafter Weise geometrisch und farblich frei gestaltet werden.
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An der Deckelpartie des Luft- und Schmutzabscheiders eine mechanisch-hydraulische Schnittstelle einzurichten und den Elastomermembran-Entlüfter als Komponente dem Luft- und Schmutzabscheider hinzuzufügen eröffnet die Möglichkeit, auch andere oder verschiedene Elastomermembran-Entlüfter einzusetzen.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche; die zahlreichen Möglichkeiten und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl der Schutzrechtsansprüche wider.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luft- und Schmutzabscheider
- 2
- Topf
- 21
- Gehäuse
- 22
- Außengewinde Boden
- 23
- Innengewinde Deckel
- 24
- Einlaßstutzen
- 25
- Anschlußgewinde Einlaßstutzen
- 26
- Auslaßstutzen
- 27
- Anschlußgewinde Auslaßstutzen
- 28
- Leitblech
- 4
- Bodendeckel
- 41
- Deckelgehäuse
- 42
- Riefelung
- 43
- Innengewinde Topf
- 44
- Aufnahme, Halterung
- 45
- Magnetstab
- 46
- Flachdichtung
- 47
- Dicht-/O-Ring (nicht dargestellt)
- 48
- Ablaßhahn, Schlauchanschluß (nicht dargestellt)
- 6
- Schraubdeckel
- 61
- Deckelgehäuse
- 62
- Flachdichtung
- 63
- Außengewinde Topf
- 64
- Innengewinde Doppelnippel
- 65
- Aufnahme, Halterung
- 66
- Bürstenhalter, fest (nicht dargestellt)
- 67
- Bürstenhalter, drehbar
- 68
- Drahtbürste, innen (nicht dargestellt)
- 69
- Drahtbürste, außen
- 70
- Sicherungsring
- 71
- Entlüftungskanal
- 8
- Elastomermembran-Entlüfter
- 81
- Deckelgehäuse
- 82
- Adapter
- 83
- Innengewinde Doppelnippel
- 84
- Dichtring, O-Ringdichtung
- 85
- Elastomermembran/Membrankörper mit Träger
- 86
- Bohrung Schnellentlüftung
- 87
- Ventilstößel
- 88
- Kanal Membranentlüftung
- 89
- Aufnahme Feder
- 90
- Membranführung
- 91
- Doppelnippel
- 92
- Außengewinde Adapter
- 93
- Außensechskant
- 94
- Außengewinde Schraubdeckel
- 95
- Ventilgehäuse
- 96
- Ventilfeder
- 97
- Ventilkugel
- 98
- Luftkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010032394 [0001, 0013]
- DE 102009048402 [0024]
- DE 102010051890 [0025]
- DE 102010055886 [0027]
