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Die Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung zum Schutz einer Trinkwasser-Installation gegen ein Rückfließen von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser von einer Zapfstelle zu einer Zulaufseite einer Rohrleitung.
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Trinkwasseranlagen müssen so ausgeführt sein, dass sich die Qualität des Wassers in der Trinkwasser-Installation nicht verschlechtern kann. Um einen Qualitätsverlust durch Eindringen bzw. Rückfließen von verunreinigtem Wasser zu verhindern, müssen an gefährdeten Entnahmestellen Sicherungsarmaturen eingebaut werden.
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Die Norm DIN EN 1717 enthält Festlegungen zur Vermeidung von Verunreinigungen des Trinkwassers in Trinkwasser-Installationen und allgemeine Anforderungen an Sicherungseinrichtungen zur Verhütung von Trinkwasserverunreinigungen durch Rückfließen. Ein Rückfließen von verunreinigtem Wasser in Trinkwasser-Installationen kann seine Ursache in einem Rücksaugen oder Rückdrücken des verunreinigten Wassers haben. Ein Rücksaugen kann beispielsweise durch einen teilweisen Unterdruck (Druckabfall) im öffentlichen Leitungsnetz, z. B. bei Rohrbruch oder übermäßiger Wasserentnahme auftreten. Liegt ein Druckunterschied an beliebiger Stelle in der Trinkwasser-Installation vor, der eine Umkehr der bestimmungsgemäßen Fließrichtung des Trinkwassers verursacht, und kann sich das Trinkwasser mit dem verunreinigten Fluid vermischen, so kann es zu einer Verunreinigung des Trinkwassers kommen.
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In der DIN EN 1717 werden hinsichtlich des Gefährdungspotentials von Flüssigkeiten, die mit Trinkwasser in Kontakt kommen können, fünf Flüssigkeitskategorien unterschieden. Unter die Kategorie 1 fällt Wasser für den menschlichen Gebrauch, das direkt aus einer Trinkwasser-Installation entnommen wird. Die Kategorie 2 betrifft Flüssigkeit, die keine Gefährdung der menschlichen Gesundheit darstellt. Damit sind Flüssigkeiten gemeint, die für den menschlichen Gebrauch geeignet sind, einschließlich Wasser aus einer Trinkwasser-Installation, das eine Veränderung in Geschmack, Geruch, Farbe oder Temperatur aufweisen kann. Die Kategorie 3 betrifft Flüssigkeit, die eine Gesundheitsgefährdung für Menschen durch die Anwesenheit eines oder mehrerer giftiger oder besonders giftiger Stoffe mit LD 50 > 200 mg/kg Körpergewicht darstellt. Die Bezeichnung LD 50 gibt die orale Dosis des Giftstoffes an, die erforderlich ist, um 50% mehrerer damit kontaminierter Versuchsratten zu töten. Die Kategorie 4 betrifft Flüssigkeit, die eine Gesundheitsgefährdung für Menschen durch die Anwesenheit eines oder mehrerer giftiger oder besonders giftiger Stoffe mit LD 50 ≤ 200 mg/kg Körpergewicht oder einer oder mehrerer radioaktiver, mutagener oder kanzerogener Substanzen darstellt. Die Kategorie 5 betrifft Flüssigkeit, die eine Gesundheitsgefährdung für Menschen durch die Anwesenheit von mikrobiellen oder viruellen Erregern übertragbarer Krankheiten darstellt.
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Abhängig von der jeweils abzusichernden Flüssigkeitskategorie sieht die DIN 1717 verschiedene Arten von Sicherungsvorrichtung zum Schutz einer Trinkwasser-Installation gegen ein Rückfließen von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser von einer Ablaufseite zu einer Zulaufseite einer Rohrleitung vor.
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Sogenannte Rohrunterbrecher verhindern ein Rückfließen von verunreinigtem Brauchwasser, indem eine dauerhafte Öffnung der Rohrleitung zur Umgebungsatmosphäre besteht.
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Sogenannte Rohrtrenner geben die jeweilige Rohrleitung in Abhängigkeit der zu- und ablaufseitigen Druckverhältnisse in der Rohrleitung frei oder sperren diese.
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Rohrunterbrecher können aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung üblicherweise nur in Rohrleitungen integriert werden, die in vertikaler Richtung verlaufen. Demgegenüber sind Rohrunterbrecher hinsichtlich ihrer Orientierung im fertig montierten Zustand meist auf den Einbau in horizontal erstreckten Rohrabschnitten beschränkt. Den bekannten Sicherheitsvorrichtungen ist gemein, dass diese üblicherweise oberhalb des höchstmöglichen abzusichernden Wasserpegels angeordnet sein müssen, um eine zuverlässige Funktionsweise zu gewährleisten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen zuverlässigen Schutz gegen Rückfließen von verunreinigtem Wasser in Trinkwasser-Installationen bietet. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bezüglich ihrer Einbaulage flexibel ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sicherungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass man einen zuverlässigen Schutz gegen Rückfließen von verunreinigtem Wasser in Trinkwasser-Installationen erzielen kann, wenn in der Rohrleitung ein Wegeventil mit einem zulaufseitig vorgeschalteten Belüftungsventil vorgesehen ist, wobei das Wegeventil mithilfe eines Drucksensors gesteuert ist.
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Wegeventil, Drucksensor und Belüftungsventil können in Rohrleitungen integriert werden, die in vertikaler oder horizontaler Richtung oder unter einem beliebigen Winkel zu einer vertikalen oder horizontalen Ebene verlaufen. Die zuverlässige Funktionsweise von Wegeventil, Drucksensor und Belüftungsventil wird zudem nicht durch ihre vertikale Einbauhöhe eingeschränkt. So kann die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung beispielsweise auch unterhalb der maximalen Höhe des abzusichernden Wasserpegels angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung ist damit hinsichtlich ihrer Orientierung und ihrer vertikalen Einbauhöhe relativ zur maximalen Höhe des abzusichernden Wasserpegels besonders flexibel.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher eine Sicherungsvorrichtung zum Schutz einer Trinkwasser-Installation gegen ein Rückfließen von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser von einer Ablaufseite zu einer Zulaufseite einer Rohrleitung, mit einem Wegeventil zum Freigeben und Sperren der Rohrleitung, einem Drucksensor zum Messen des Drucks in der Rohrleitung und einem Belüftungsventil zum Belüften der Rohrleitung. Das Belüftungsventil ist zulaufseitig vor dem Wegeventil angeordnet und das Wegeventil ist in Abhängigkeit von dem am Drucksensor gemessenen Druck gesteuert.
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Die Funktionen „Freigeben und Sperren”, „Belüften” und „Druckmessung” können insbesondere jeweils einem der drei als separate Funktionseinheiten ausgeführten Bauteile „Wegeventil”, „Belüftungsventil” und „Drucksensor” zugeordnet sein.
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Auf diese Weise ist es möglich, bei einer Fehlfunktion einzelne Komponenten der Sicherungsvorrichtung unabhängig voneinander auszutauschen und so im Vergleich zu einer Integralbauweise die Wartungs- bzw. Reparaturkosten zu senken.
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Eine separate Ausgestaltung der Funktionseinheiten ermöglicht zudem die voneinander unabhängige Erfassung von Betriebskenngrößen an den einzelnen Funktionseinheiten, die zur Überwachung bzw. Diagnose der ordnungsgemäßen Funktion der jeweils anderen Funktionseinheiten herangezogen werden können. Zeigt beispielsweise der Drucksensor das Anliegen eines ordnungsgemäßen Wasserdrucks zur Freigabe der Rohrleitung an, während gleichzeitig der Betriebszustand des Belüftungsventils auf ein Rücksaugen innerhalb der Rohrleitung schließen lässt, kann die Rohrleitung zum Schutz der Trinkwasser-Installation sicherheitshalber gesperrt werden.
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Weiterhin ist die korrekte (mechanische) Funktion der einzelnen Funktionseinheiten nicht direkt voneinander abhängig. Ist beispielsweise das Belüftungsventil im Falle eines Rücksaugens in einer Verschlussstellung blockiert, kann es zwar nicht zu einer Entlastung des zulaufseitigen Rohrabschnitts beitragen, die Rohrleitung kann jedoch unabhängig davon durch das Wegeventil gesperrt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wegeventil als Magnetventil ausgeführt. Ein solches Magnetventil kann in bekannter Weise besonders einfach und zuverlässig angesteuert werden. Insbesondere ist eine einfache Einbindung und Steuerung des Magnetventils möglich, wenn bereits weitere elektronisch zu steuernde Komponenten in der Rohrleitung bzw. einem Rohrleitungssystem vorhanden sind. So können die jeweils elektronisch zu steuernden Komponenten über eine gemeinsame Steuerung gesteuert sein.
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Die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung, bzw. das Freigeben oder Sperren der betreffendn Rohrleitung, kann insgesamt rein elektronisch gesteuert sein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung ist das Wegeventil als 2/2 Wegeventil ausgeführt. Ein solches 2/2 Wegeventil stellt ein einfaches Absperrventil dar. Es hat einen der Zulaufseite der Rohrleitung zugeordneten Eingang und einen der Ablaufseite der Rohrleitung zugeordneten Ausgang. Eine den Eingang und den Ausgang verbindende Fließstrecke kann mithilfe eines beweglichen Ventilkörpers, wie zum Beispiel einem Kolben, einem Schieber, einer Klappe oder dergleichen, freigegeben oder gesperrt werden. In Abhängigkeit von dem Wert eines an einem Steuereingang des Wegeventils anliegenden Steuersignals gibt das Ventil die Rohrleitung frei oder sperrt diese.
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Alternativ kann es sich bei dem Wegeventil auch um ein 3/2 Wegeventil handeln oder um eine andere Ventilkonfiguration, die in erfindungsgemäßer Weise zum Sperren und Freigeben der Rohrleitung geeignet ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung ist das Wegeventil in einem Normal- oder Ruhezustand geschlossen und in einem aktivierten bzw. erregten Zustand geöffnet. Dabei ist die Rohrleitung vorzugsweise so lange gesperrt, bis eine tatsächliche Wasserentnahme stattfinden soll. Im Normalzustand (Ruhezustand) kann das Wegeventil insbesondere vorgespannt in einer Schließstellung gehalten sein. Ein Schutz der Trinkwasser-Installation gegen ein Rückfließen von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser ist daher im Normalzustand grundsätzlich gegeben. Eine Freigabe der Rohrleitung aus dem gesperrten Zustand muss in diesem Fall grundsätzlich durch eine Ansteuerung bzw. eine Aktivierung des Wegeventils erfolgen. Bleibt die Ansteuerung bzw. die Aktivierung aus, fällt der Ventilkörper des Wegeventils automatisch zurück in die Schließstellung bzw. verharrt in dieser.
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Die voranstehend beschriebene Funktionsweise kann in einer erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung beispielsweise durch ein Magnetventil vom Typ „NC” realisiert sein. Typ „NC” bedeutet, dass der Ventilkörper des Magnetventils im stromlosen Zustand in seiner Schließstellung gehalten ist.
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Der Ventilkörper eines Wegeventils der voranstehend beschriebenen Art kann beispielsweise federvorgespannt in der Schließstellung gehalten sein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung ist bezüglich der Ansteuerung des Wegeventils ein Schwellwert vorgebbar, wobei die Rohrleitung freigegeben ist, solange der von dem Drucksensor gemessene Druck den Schwellwert überschreitet und/oder die Rohrleitung gesperrt ist, solange der von dem Drucksensor gemessene Druck kleiner oder gleich dem Schwellwert ist.
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Der Schwellwert kann hierzu beispielsweise in einer Steuerung, vorzugsweise elektronischen Steuerung hinterlegt sein. Die Steuerung ihrerseits kann an einem Eingang Messwerte oder in Messwerte umzusetzende, für den Rohrleitungsdruck repräsentative Signale des Drucksensors empfangen und mit dem Schwellwert vergleichen. Ebenso kann das Wegeventil mit der Steuerung verbunden sein und in Abhängigkeit von einer durch die Steuerung erzeugten Stellgröße die Rohrleitung freigeben oder sperren. Die Stellgröße kann dabei insbesondere abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs von Mess- und Schwellwert erzeugt werden. Die Steuerung kann als externe Steuereinheit vorgesehen oder auch in den Drucksensor integriert sein.
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So kann in dem Drucksensor ein für den Rohrleitungsdruck repräsentatives, dem Rohrleitungsdruck proportionales Signal erzeugt werden, welches bereits innerhalb des Sensors elektronisch zu einem Messwert weiterverarbeitet und mit einem programmierbaren Schwellwert verglichen wird. Der Drucksensor kann dabei einen Schaltausgang aufweisen, um das Magnetventil direkt anzusteuern. Der Schwellwert kann, insbesondere bei einer Relativdruckmessung, zum Beispiel ca. 0 bar betragen, im Bereich von 0 bis 0,15 bar oder im Bereich von 0,15 bis 0,5 bar liegen, wobei der Messwert 0 bar dem Atmosphärendruck (z. B. ca. 1013,25 mbar) entspricht.
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Insbesondere bei der Ansteuerung eines Magnetventils kann die von der Steuerung an das Magnetventil übergebene Stellgröße an einem Steuereingang des Magnetventils zwei unterschiedliche Werte bzw. Zustände annehmen. In einem ersten Zustand kann der Steuereingang dabei stromlos sein, wohingegen in einem zweiten Zustand ein Strom zur Aktivierung des Magnetventils an dem Steuereingang anliegt, so dass das Magnetventil aus einer Schließstellung in eine Offenstellung geschaltet wird.
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Der Drucksensor ist nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Relativdrucksensor. Dieser kann einen Arbeitsbereich von –1 bis 50 bar, bevorzugt von –1 bis 25 bar, besonders bevorzugt von –1 bis 10 bar, haben, wobei positive Druckangaben einem Überdruck und negative Druckangaben einem Unterdruck entsprechend. Der Messwert ”0 bar” ist in diesem Fall bei Atmosphärendruck (z. B. ca. 1013,25 mbar) festgelegt.
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Auch ist es in weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung denkbar, eine Differenzdruckmessung zur Bestimmung der Druckverhältnisse innerhalb der Rohrleitung vorzunehmen. Dazu kann ein weiterer Drucksensor innerhalb der Rohrleitung vor oder hinter dem Wegeventil angeordnet sein.
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Der mindestens eine Drucksensor kann zur Erzeugung einer für den Druck in der Rohrleitung repräsentativen Messgröße eine keramische Messzelle aufweisen. Keramische Messzellen zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Robustheit, chemische Beständigkeit und Abrasionsfestigkeit aus. Allerdings ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, andere Druckmessumformer bzw. eine oder mehrere piezoresistive Messzellen als Drucksensor zu verwenden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Drucksensor zulaufseitig vor dem Wegeventil, d. h. in Fließrichtung des zulaufenden Trinkwassers vor dem Wegeventil angeordnet. Eine Verunreinigung des Trinkwassers kann im Falle eines Rücksaugens von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser in der Rohrleitung durch diese vorgelagerte Anordnung des Drucksensors besonders zuverlässig verhindert werden, da der sich entlang der vorgesehenen Fließrichtung ausbreitende Druckabfall bereits im Bereich des Drucksensors detektiert wird bevor dieser das Wegeventil erreicht. Je nach Abstand zwischen dem Drucksensor und dem in Fließrichtung des Trinkwassers nachfolgenden Wegeventil und der Trägheit der jeweiligen Steuerung kann erreicht werden, dass das Wegeventil im Falle eines Rücksaugens so schnell geschlossen wird, dass keinerlei gebrauchtes oder verunreinigtes Wasser das Wegeventil ausgehend von der Zapfstelle in Richtung der Zulaufseite passiert.
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Der Drucksensor ist nach einer weiteren Ausgestaltung zwischen dem Belüftungsventil und dem Wegeventil angeordnet. So wird der zulaufseitige Rohrabschnitt im Falle eines Rücksaugens von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser möglichst frühzeitig durch das Belüftungsventil entlastet.
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Die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung ist nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil eine Öffnung aufweist, über die eine Belüftung bzw. Verbindung der Rohrleitung zu einer Umgebung herstellbar ist. Die Umgebung kann dabei insbesondere die Umgebungsatmosphäre sein. Über die Belüftungsöffnung kann beim Auftreten eines Rücksaugens in der Rohrleitung eine Druckentlastung erreicht werden. Es findet ein Druckausgleich zwischen dem beim Rücksaugen in der Rohrleitung entstehenden Unterdruck und dem Umgebungsdruck statt.
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Die Belüftungsöffnung ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung vorzugsweise verschließbar. So kann die Belüftungsöffnung bei einer ordnungsgemäßen Wasserentnahme verschlossen sein, um einen Wasseraustritt aus der Belüftungsöffnung zu verhindern. Dagegen ist die Belüftungsöffnung bei gesperrtem Wegeventil, insbesondere beim Auftreten eines Rücksaugens, gegebenenfalls geöffnet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Belüftungsventil einen Kolben zum Öffnen und Schließen der Belüftungsöffnung auf. Das Belüftungsventil weist dabei vorzugsweise ein im Wesentlichen zylindrisches und/oder längliches Ventilgehäuse auf, in welchem der Kolben zwischen zwei Endlagen schiebebeweglich in dem Belüftungsventil angeordnet bzw. geführt ist.
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Der Kolben weist eine der Rohrleitung zuwandte bzw. druckbeaufschlagbare Stirnseite und eine der Belüftungsöffnung zugewandte Stirnseite auf. Vorzugsweise kann der Kolben mit seiner der Belüftungsöffnung zugewandten Stirnseite die Belüftungsöffnung direkt verschließen. Der Kolben ist vorzugsweise als Schwimmer ausgebildet, der bei einer Wasserentnahme durch den hydrostatischen Wasserdruck in der Rohrleitung gegen die Belüftungsöffnung gepresst wird. Dabei wirkt der Wasserdruck insbesondere auf die der Rohrleitung zugewandte bzw. auf die druckbeaufschlagbare Stirnseite des Kolbens ein.
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Der Kolben kann einen geschlossenen Hohlraum aufweisen, der an der der Rohrleitung zugewandten bzw. druckbeaufschlagbaren Seite des Kolbens durch einen Stopfen oder dergleichen verschlossen ist. An seiner der Belüftungsöffnung zugeordneten Stirnseite kann der Kolben nach Art eines Kegels ausgebildet sein, insbesondere konisch zulaufen. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Zentrierung des Kolbens in der Belüftungsöffnung beim Verschließen derselben gewährleistet werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung kann diese einen oder mehrere Positions- und/oder Lagesensoren zur Erfassung der Position und/oder Lage des Kolbens umfassen, wobei der eine oder die mehreren Positions- und/oder Lagesensoren insbesondere zur Erfassung wenigstens einer Endlage des Kolbens ausgebildet sind. So kann beispielsweise ein Lagesensor, insbesondere ein der Belüftungsöffnung zugeordneter Lagesensor erfassen, ob sich der Kolben in seiner der Belüftungsöffnung zugeordneten bzw. oberen Endlage befindet, in welcher der Kolben die Belüftungsöffnung verschließt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Sicherungsvorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Überwachung des Wegeventils und/oder des Drucksensors und/oder des Belüftungsventils. So können die jeweiligen Ventilstellungen mithilfe geeigneter Positions- und/oder Lagesensoren überwacht und an eine elektronische Steuerung übertragen werden. Weiterhin können auch die Signale des Drucksensors der elektronischen Steuerung zugeführt werden. Die Sensorsignale können in der Steuerung kontinuierlich, also stetig erfasst und/oder verglichen werden.
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So kann wenigstens eine Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Position des Kolbens und/oder den Druck in der Rohrleitung und/oder die Ventilstellung des Wegeventils stetig zu erfassen.
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Die jeweils erfassten Signale können insbesondere zur Steuerung des Wegeventils verwendet werden. Andererseits können die erfassten Signale dazu dienen, Fehlfunktionen des Wegeventils, des Drucksensors und/oder des Belüftungsventils durch eine wechselseitige Plausibilitätsprüfung festzustellen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung ist die Rohrleitung im Bereich der Ventile in jeder Betriebsphase gegen ein Austreten von Wasser gesichert. Weder im Bereich des Belüftungsventils, noch im Bereich des Magnetventils tritt während der Wasserentnahme oder in der Sperr- bzw. Belüftungsstellung Wasser aus.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vor dem Belüftungsventil zulaufseitig eine Mischeinheit oder ein weiteres Wegeventil angeordnet sein. Die Mischeinheit oder das weitere Wegeventil können dabei mechanisch und/oder elektrisch betätigbar sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung steht ein System zur Verfügung, das eine zuverlässige Absicherung einer Trinkwasserinstallation gegen ein Rückfließen von verunreinigtem Wasser gewährleistet, wobei die Sicherungsvorrichtung insbesondere unterhalb des abzusichernden Wasserpegels zuverlässig einsetzbar. So können mit der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung im montierten Zustand Trinkwasser-Installationen gegen ein Rückfließen von gebrauchtem oder verunreinigtem Wasser bis hin zur Flüssigkeitskategorie 4 gesichert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise zur Absicherung von Badewanneninstallationen oder zur Absicherung beim Befüllen von Heizungsanlagen eingesetzt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung in einer Prinzipskizze;
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2a ein erfindungsgemäßes Belüftungsventil in einer perspektivischen Ansicht; und
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2b das Belüftungsventil aus 2a in einem Längsschnitt und in einer vergrößerten, perspektivischen Ansicht.
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In 1 ist schematisch das Prinzip einer erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung 1 dargestellt. Die Sicherungsvorrichtung 1 ist an einer Wasserarmatur 20, z. B. einem Mischventil, bzw. einer Rohrleitung 2 installiert. Die Pfeile im Bereich der Rohrleitung 2 geben die vorgesehene Fließrichtung des Wassers innerhalb der Rohrleitung 2 von einer Zulaufseite 3 der Rohrleitung 2 zu einer Zapfseite 4 der Rohrleitung 2 an.
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Die Sicherungsvorrichtung 1 umfasst ein Belüftungsventil 5, einen Drucksensor 6 und ein Magnetventil 7. Das an der Rohrleitung 2 angeschlossene Belüftungsventil 5 ist in Fließrichtung des Trinkwassers betrachtet vor dem Drucksensor 6 und dem Magnetventil 7 angeordnet. Der Drucksensor 6 ist zwischen dem Belüftungsventil 5 und dem Magnetventil 7 angeordnet. In anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, ergänzend oder alternativ einen Drucksensor in Fließrichtung hinter dem Magnetventil vorzusehen.
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In dem hier dargestellten Beispiel ist das Magnetventil 7 ein 2/2 Wegeventil. Das Magnetventil 7 ist elektronisch gesteuert und kann den Durchfluss von Wasser in der Rohrleitung 2 sperren und freigeben. Dabei ist das Magnetventil 7 im stromlosen, nicht erregten Zustand geschlossen bzw. in der Schließstellung gehalten. Das Magnetventil 7 ist vorzugsweise federnd elastisch vorgespannt in der Schließstellung gehalten.
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Der Drucksensor 6 erfasst den statischen Druck in der Rohrleitung 2. Der Drucksensor 6 arbeitet mit einer keramischen Messzelle nach dem Prinzip der Relativdruckmessung in einem Druckbereich von beispielsweise ca. –1 bis 10 bar.
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Das Magnetventil 7 ist in Abhängigkeit von dem am Drucksensor 6 erfassten Messwert gesteuert. Ist der an dem Drucksensor 6 gemessene Druck in der Rohrleitung 2 kleiner oder gleich 0 bar, befindet sich das Magnetventil 7 in der Schließstellung. Erfasst der Drucksensor 6 einen positiven Druck, d. h. einen Druck über 0 bar, wird das Magnetventil 7 in seine Offenstellung überführt und gibt den Durchfluss frei. Der Messwert ”0 bar” entspricht im Rahmen der hier vorliegenden Relativdruckmessung dem Atmosphärendruck der Umgebung 8.
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Die Ansteuerung des Magnetventils 7 kann beispielsweise über eine zusätzliche Steuereinheit (nicht dargestellt) erfolgen. Hierzu kann der Steuereinheit ein druckproportionales Signal des Drucksensors 6 zugeführt werden, welches in der Steuereinheit weiterverarbeitet und mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird. In diesem Fall beträgt der Schwellwert z. B. 0 bar, verglichen wird. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs kann innerhalb der Steuereinheit eine Stellgröße erzeugt werden, die einem Steuereingang (nicht dargestellt) des Magnetventils 7 zugeführt wird, um das Magnetventil 7 in die Offenstellung zu schalten.
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Je nach Ausführung des Drucksensors und des Magnetventils ist es in weiteren Ausgestaltungen der Erfindung auch möglich, den Drucksensor 6 und das Magnetventil 7 direkt miteinander zu koppeln. So kann das innerhalb des Drucksensors 6 erzeugte druckproportionale Signal auch intern im Drucksensor elektronisch weiterverarbeitet werden. In Abhängigkeit eines ebenfalls im Drucksensor 6 programmierbaren Schwellwerts kann eine Stellgröße an einem Schaltausgang (Schließer/Öffner) des Drucksensors erzeugt werden. Der Schaltausgang des Drucksensors 6 kann mit dem Steuereingang des Magnetventils 7 verbunden sein und das Magnetventil so direkt ansteuern.
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Dem Drucksensor 6 und dem Magnetventil 7 ist zulaufseitig das Belüftungsventil 5 vorgeschaltet. Die 2a und 2b zeigen eine schematische Darstellung des Belüftungsventils 5 aus 1. Das Belüftungsventil 5 weist eine Belüftungsöffnung 9 auf. Über die Belüftungsöffnung 9 kann eine Verbindung des Innenraums der Rohrleitung 2 zur Umgebung 8 hergestellt werden. Im Innenraum 11 des Gehäuses 10 des Belüftungsventils 5 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Kolben 12 entlang einer inneren Zylinderfläche 13 des Gehäuses 10 geführt.
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Der Kolben 12 ist entlang der Längserstreckung des Innenraums 11 des Gehäuses 10 aus einer ersten oder oberen Endlage 14 in eine zweite oder untere Endlage 15 axial verschiebbar und umgekehrt. In seiner oberen Endlage 14 wirkt eine der Belüftungsöffnung 9 zugewandte Stirnseite 16 des Kolbens 12 gegen einen Dichtsitz 17. In dieser Position verschließt der Kolben 12 die Belüftungsöffnung 9.
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In der unteren Endlage 15 sitzt der Kolben 12 mit einer der Rohrleitung 2 zugewandten bzw. druckbeaufschlagten Stirnseite 18 auf einem ringförmigen Absatz 19 des Gehäuses 10 des Belüftungsventils 5. Zwischen dem Kolben 12 und dem Absatz 19 besteht keine dichtende Anlage, so dass dann, wenn der Kolben 12 in der unteren Endlage 15 positioniert ist, eine Verbindung des Innenraums der Rohrleitung 2 zur Umgebung 8 besteht. Die dem ringförmigen Absatz 19 zugewandte Stirnseite 18 des Kolbens 12 kann hierzu beispielsweise profiliert, angeschrägt oder mit einer oder mehreren Erhebungen versehen sein.
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Der Kolben 12 ist hohl bzw. als Schwimmer ausgeführt. Er weist ein Sackloch 12.1 auf, das an der unteren Stirnseite 18 des Kolbens zum Beispiel durch einen Stopfen 24 verschlossen ist. Im Bereich der oberen Stirnseite 16 ist der Kolben 12 kegelförmig ausgeführt, so dass der Kolben 12 in seiner oberen Endlage 14 im Wesentlichen selbsttätig in der kreisrunden Belüftungsöffnung 9 des Dichtsitzes 17 zentriert wird. Der Kolben 12 ist beispielsweise aus nicht-magnetischem Metall, z. B. Messing, oder Kunststoff gefertigt. Der Stopfen 24 ist dagegen vorzugsweise aus magnetischem oder magnetisierbarem Metall gefertigt. Aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe von Kolben 12 und Stopfen 24 lässt sich die Lage des Stopfens 24 und damit die Lage des Kolbens 12 innerhalb des Gehäuses 10 mit einem an der Außenseite des Gehäuses 10 angeordneten Sensor (nicht gezeigt) erfassen. Zur Befestigung und Lagejustierung des Sensors ist an der Außenseite des Gehäuses 10 eine Halterung 10.1 angeformt oder angebracht, die eine hinterschnittene Nut 10.2 zur form- und reibschlüssigen Anbindung des Sensors aufweist.
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Die Funktionsweise der Sicherungsvorrichtung 1 und das Zusammenwirken von Belüftungsventil 5, Drucksensor 6 und Magnetventil 7 werden im Folgenden für den Fall der Wasserentnahme und für den Fall einer Störung innerhalb eines der Rohrleitung 2 vorgelagerten Rohrleitungs- oder Trinkwassersystems, durch die ein Rücksaugen bewirkt wird, beschrieben.
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Im fertig montierten Zustand ist der Sicherungsvorrichtung 1 einer Wasserarmatur, z. B. einem Mischventil 20 zugeordnet. Bei dem Mischventil 20 kann es sich beispielsweise um eine mechanisch oder elektronisch betätigbare bzw. schaltbare Armatur handeln, die zur Wasserentnahme aus einer an der Rohrleitung 2 vorgesehenen Zapfstelle von einer Person bedient wird.
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Das Mischventil 20 ist zulaufseitig mit einem Trinkwassersystem (nicht dargestellt) verbunden. Üblicherweise liegt zulaufseitig ein Wasserdruck im Bereich von beispielsweise ca. 3 bis 6 bar am Mischventil 20 an. Wird das Mischventil 20 geöffnet, strömt Wasser von der Zulaufseite 3 der Rohrleitung 2 in Richtung der Zapfseite 4 bzw. Zapfstelle der Rohrleitung 2.
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Durch den Wasserdruck wird der Kolben 12 des an der Rohrleitung 2 angeschlossenen Belüftungsventils 5 in die obere Endlage 14 gedrückt. Insbesondere wird der als Schwimmer ausgebildete Kolben 12 durch Auftrieb gegen die Dichtsitz 17 gedrückt.
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Auf diese Weise wird verhindert, dass bei der Wasserentnahme Wasser im Bereich des Belüftungsventils 9 in die Umgebung 8 austreten kann. Die axiale Führung des Kolbens 12 entlang der inneren Zylinderfläche 13 des Gehäuses 10 wird durch umfangsseitig an dem Kolben 12 vorgesehene Rippen oder Stege 23 im Bereich der unteren Stirnseite 18 unterstützt.
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Die Position des Kolbens 12 wird mithilfe mindestens eines Sensors 24 (nicht dargestellt) stetig erfasst. So wird kontinueirlich erfasst, ob sich der Kolben 12 in der oberen Endlage 14 oder der unteren Endlage 15 oder zwischen den beiden Endlagen 14 und 15 befindet. Die Signale des mindestens einen Sensors werden der Steuereinheit zugeführt.
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Der Drucksensor 6 erfasst im Fall der Wasserentnahme den (positiven) Wasserdruck im Inneren der Rohrleitung 2 und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit, die ihrerseits aufgrund dieses Signals das Magnetventil 7 öffnet.
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Für den Fall einer ordnungsgemäßen Wasserentnahme liegen in der Steuereinheit die Informationen „positiver Druck” und „Kolben 12 in oberer Endlage 14” vor. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können zudem die Ventilstellung des Magnetventils, beispielsweise durch mindestens einen im Magnetventil integrierten Lagesensor überwacht und die Signale dieses oder dieser Lagesensoren der Steuereinheit zugeführt werden.
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Tritt nun beispielsweise in dem dem Mischventil 20 zulaufseitig vorgelagerten Bereich des Trinkwasser-Versorgungssystems ein Unterdruck im Leitungssystem auf, beispielsweise durch einen Rohrbruch oder eine übermäßige Wasserentnahme, kann es zu einer Rücksaugung in der Rohrleitung 2 kommen. Ohne eine erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung zwischen der Zulaufseite 3 der Rohrleitung 2 und der Zapfseite 4 der Rohrleitung 2, könnte bei geöffnetem Mischventil 20 durch diesen Unterdruck ein Rücksaugen von verunreinigtem Brauchwasser von der Zapfseite 4 in Richtung Zulaufseite 3 erfolgen. Das Brauchwasser könnte das Trinkwasser verunreiningen.
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Dies wird durch die erfindungsgemäße elektronische Sicherungsvorrichtung 1 im Falle einer solchen Störung bzw. eines durch übermäßige Wasserentnahme im Wasserleitungsnetz verursachten Unterdrucks dadurch verhindert, dass der Drucksensor 6 einen negativen Druck (Unterdruck) misst und das Magnetventil 7 infolgedessen gesperrt wird. Das Belüftungsventil 6 sorgt dabei für einen Druckausgleich im Bereich des dem Magnetventil 7 zulaufseitig vorgelagerten Abschnitts der Rohrleitung 2. Durch das Ausbleiben des Wasserdrucks bzw. den durch den Unterdruck entstehenden Sog sinkt der Kolben 12 in die untere Position bzw. Endlage 15. Die Rohrleitung 2 wird belüftet, da ein Druckausgleich zur Umgebung 8 stattfindet.
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Die Rohrleitung 2 kann durch eine in der Steuereinheit implementierte Diagnosefunktion ebenfalls dann gesperrt werden, wenn die jeweils von dem mindestens einen Lagersensor des Belüftungsventils 5 und dem Drucksensor 6 übermittelten Signale im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung als widersprüchlich eingestuft werden. So kann beispielsweise das gleichzeitige Vorliegen der (widersprüchlichen) Sensorinformationen „positiver Druck” und „Kolben 12 in unterer Endlage 15” eine Fehlfunktion des Belüftungsventils 5 oder des Drucksensors 6 bedeuten, so dass die Rohrleitung 2 durch die Steuereinheit in einem solchen Fall präventiv gesperrt wird. Auf diese Weise dienen der oder die Lagesensoren der Überprüfung des Drucksensors 6 und umgekehrt.
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In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist es auch denkbar, das Mischventil mit der Steuereinheit zu verbinden. So kann im Falle einer Störung oder einer Fehlfunktion einer der Komponenten der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung, neben dem Magnetventil 7 auch die Wasserarmatur (Mischventil 20) über die Steuereinheit geschlossen werden. Dabei kann das Schließen der Wasserarmatur 20 mit einer gewissen Verzögerung zum Schließen des Magnetventils 7 erfolgen, um eine zuverlässige Entlastung des zwischen dem Mischventil 20 und dem Magnetventil 7 verlaufenden Rohrabschnitts zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm DIN EN 1717 [0003]
- DIN EN 1717 [0004]
- DIN 1717 [0005]
