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Automatische Wasserenthärtungsanlage
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Automatische Wasserenthärtungsanlage nach dem Ionenaustauscherverfahren
müssen von Zeit zu Zeit oder in Abhängigkeit von einer bestimmten Menge entnommenen
Wassers regeneriert werden. Das heisst, dem sogenannten Ionenaustauscher müssen
wieder Natrium-Ionen in Form von Salzsole zugeführt werden, welche mit den Calziumionen
des harten Wassers ausgetauscht werden können.
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Dieser Vorgang des Regenerierens erfordert überdies eine gewisse Zeit
während welcher der Ionenaustauscher nicht benützt werden kann.
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Es empfiehlt sich daher z.B. zwei Ionenaustauscher vorzusehen, die
im Tandembetrieb abwechselnd zur Enthärtung benutzt werden, wobei der jeweils unbenützte
Ionenaustauscher regeneriert wird. Dadurch ist selbst bei wesentlich reduzierter
Dimensionierung der Ionenaustauscher eine kontinuierliche Weichwasserentnahme möglich.
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Die Einsparung an lonenaustauschermasse ist zwar wesentlich, wird
aber bei einer Tandemanordnung durch die Verdoppelung aller Bauteile insbesondere
der Steuerventile oft mehr als ausgeglichen. Daher haben Einzelgeräte mit reichlichem
Volumen bis heute den Markt erobert, trotz der großen Abmessungen und hoher Kosten
und der störenden Unterbrechung während des Regenerierens.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Gerät für kontinuierliche
Weichwasserentnahme, mit geringer Baugröße, bei minimalen Kosten zu schaffen, welches
auch an die örtlich stark verschiedenen Wasserhärten sowie Wasserdrücke angepasst
werden kann.
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Eine weitere Aufgabe bestent darin, die Steuerfunktionen so zu lösen
daß keinerlei elektrische Programmsteuerungen und Magnetventile erforderlich sind,
sondern alle Funktionen hydraulisch mit einfachen Mitteln gesteuert werden können.
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Erfindungsgemäß besteht die automatische Wasserenthärtungsanlage aus
zwei abwecheselnd in Betrieb befindlichen Ionenaustauschern und einem drucklosen
Salzsolevorratsbehdlter, wobei jeweils dem nicht in Betrieb befindlichen Ionenaustauscher
Salzsole aus dem Solebehälter zugeführt wird um diesen Ionenaustauscher während
der ganzen Betriebspause zu regenerieren.
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Zu diesem Zweck werden vorteilhafterweise Dosierzylinder mit Federvorspannung
benützt, da sie mit einem minimalen Steueraufwand auskommen.
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Diese Dosierzylinder werden beim Einschalten des zugeoraneten Ionenaustauscners,
welcher zum Druckkolben des Dosierzylinders parallel geschaltet ist, gegen eine
Feder vorgespannt und nehmen dabei eine bestimmte Menge Salzsole aus dem Solezehälter
auf.
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Erst nach Umschalten des betreffenden Ionenaustauschers auf den zweiten,
inzwischen regenerierten Ionenaustauscher, zweckmäßigerweise durch ein Wasserzählersystem,
welches die entnommene Wassermenge und damit den Erschöpfungszustand der lonenaustauschermasse
überwacht, wird durch den federvorgespannten Dosierzylinder die Salzsole in den
zuyeordneten, nunmehr abgeschalteten, lonenaustauscher eingebracht.
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Das Wasserzählersystem kann zur weiteren Vereinfachung mit direkt
schaltenden hydraulischen Schaltinittel zum wechselweisen Umschalten des Wasserlaufes
von einem zum anderen Ionenaustauscher ausgestattet werden.
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Das Wasserzählersystem enthält zweckmäßigerweise zusätzlich hydraulische
Schaltmittel, welche einen Hilfsschaltkreis
zum Entlasten des Druckkolbens
des Dosierzylinders bedienen.
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Dies ist erforderlich, da sonst der vorher unter Leitungsdruck stehende
Druckkolben nicht unter dem Einfluß seiner Feder in die Ruhelage zurückkehren kann0
Da je nach Härte des Wassers eine kleinere oder größere Wassermenge in einem Arbeitszyklus
enthärtet werden kann, soll das Wasserzählersystem einstellbare Blenden oder Einstellmittel
aufweisen, welche die Wassermenge bestirnmen, nach der von einem Ionenaustauscher
zum anderen umgeschaltet wird.
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Mit dieser Einstellung kann man einen minimalen Salzverbrauch und
optimale Betriebskosten bzw. Betriebsdauer mit einer Salzfüllung erreichen.
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Da nach jeder Regenerierung die Salzsole aus dem Ionenaustauscher
ausgespült werden muß, ist ein Spülvorgang erforderlich bevor der regenerierte Ionenaustauscher
wieder benutzt werden kann. Das Spülwasser wird dabei in einem Abfluß geleitet.
Diese Umschaltung erfordert gesteuerte Schaltmittel.
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Erfindungsgemäß wird empfohlen den Druckkolben des Dosierzylinders
als Steuerventil auszubilden. Dabei durchfliesst das Spülwasser den Zylinder des
Druckkolbens auf der drucklosen Seite. Sobald der Druckkolben nach Einschalten des
betreffenden Ionenaustauschers angehoben wird und seine Endlage erreicht verschliesst
er den Spülauslauf und beendet damit den Spülvorgang. Damit steht auch der volle
Leitungsdruck im Ionenaustauscher an und es kann diesem System Weichwasser entnommen
werden.
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Da die Zeit, welche der Druckkolben braucht um seine Endlage zu erreichen
die Spüldauer bzw0 die Spülwassermenge bestimmt, ist es zweckmäßig in der Zuleitung
zum Druckkolben eine einstellbare Regelung vorzusehen, um diese Werte anpassen zu
können.
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Eine weitere Vereinfachung, um gesteuerte Schaltmittel einzusparen
und trotzdem die beiden lonenaustauschersysteme sauber in ihrer Funktion zu trennen,
besteht darin, die beiden Ausgangsleitungen der Ionenaustauscher über vorbelastete
Rückschlagventile zum gemeinsamen Ausgang zusammenzufassen.
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Dadurch wird das abgeschaltete und entlastete Ionenaustauschersystem
vor Rückströmungen abgesichert, trotz der im abgeschalteten System zeitweise auftretenden
Strömungsdrücken z.B. beim Auspülen.
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Fig. 1 gibt eine schematische Darstellung einer automatischen Wasserenthärtungsanlage.
Die beiden Ionenaustauscher (1) und (2) sind mit den beiden Dosierzylindern (4)
und (5) über Leitungen (6) und (7) verbunden die jeweils ein Sperrventil (8) bzw.
(9) besitzen, welches nur in Pfeilrichtung durchlässig ist. Die Dosierzylinder (4)
und (5) entnehmen aus dem Solebehälter (3) durch Siebe (10) bzw. (11) Salzsole,
sobald die Dosierkolben (12) oder (13) in die gezeichnete Stellung von Dosierkolben
(13) durch die Druckkolben (14) bzw. (15) gedrückt werden. Dabei strömt die Salzsole
durch die Schwimnwentile (16) oder (17) in die Dosierzylinder (4) oder (5) ein.
Sobald einer der Dosierkolben (12) oder (13) durch die Federn (18) oder (19) betätigt
wird, drückt er die Salzsole über die Leitung (8) oder (9) in einen der Ionenaustauscher
(1) oder (2).
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Die wechselweise Inbetriebnahme der Ionenaustauscher (1) und (2) wird
durch das Wasserzählersystem (20) gesteuert.
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Das Hartwasser gelangt in den Zulauf (21) in das Wasserzählersystem
(20) und wird durch den Schaltnocken (22) abwechselnd den Leitungen (23) oder (24)
zugeführt. In der gezeichneten Lage gelangt das Hartwasser vom Zulauf (21) durch
das halbkreisförmige Loch (25) im Schaltnocken (22) über die Leitung (24) mit Sperrventil
(27) in den Ionen austauscher (2). Gleichzeitig strömt das Wasser durch die Leitung
(29) und drückt den Druckkolben (15) nach oben.
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Während der Druckkolben (15) nach oben steigt strömt Wasser durch
den Ionenaustauscher (2) und spült die in dem selben noch vom vorhergehenden Regenerierungszyklus
befindliche Salzsole über die Leitungen (31) und (33) in den Auslauf (34). Sobald
der Druckkolben (15) in die gezeichnete Lage gelangt, verschliesst er die Verbindung
von Leitung (31) zu (33) und beendet den Spülvorgang. Damit steht in der Leitung
(36) der volle Leitungsdruck an und öffnet das vorgespannte Rückschlagventil (38)
zum Weichwasseranschluß (39).
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Zum besseren Verständnis des weiteren automatischen Ablaufes soll
zunächst das in Fig. 2 als Ausführungsbeispiel dargestellte Wasserzählersystem (20)
beschrieben werden: Über den Zulauf (21) gelangt das Hartwasser über eine Lochblende
(40) teilweise zum Turbinenrad (41) oder direkt in den lonenraum (42) des Wasserzählersystems
(20). Das Turbinenrad (41) treibt über das Zahnradgetriebe (43) den Schaltnocken
(22) an, der ein halbkreisförmiges Loch (25) aufweist und einen Schaltsektor (44)
an der Unterseite.
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Während das halbkreisförmige Loch (25) in der in Fig. 3 gezeichneten
Stellung des Schaltnockens (22) den Wasserzulauf zur Leitung (24) und damit zurn
Ionenaustauscher (2) freigibt, wird über den Schaltsektor (44) die Leitung (23)
mit dem Auslauf (34) verbunden, und der Kolben (14) kann wie in Fig. 1 dargestellt
durch die Feder (18) in seine untere Endlage gezogen werden, da das Wasser welches
ihn vorher hochgedrückt hat nun in den Auslauf (34) strömen kann.
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Fig. 3 ist zu entnehmen, daß beim Weiterdrehen des Schaltnockens (22)
das halbkreisförmige Loch (25) eine Lage erreicht in der sowohl die Leitung (23)
und (24) gleichzeitig mit dem Zulauf verbunden sind. In dieser Lage ist der Schaltsektor
(44) unwirksam. Das Wasser kann nun durch die Leitung (23) und den Druckkolben (14)
nach oben drücken.
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Ebenso fliesst Wasser über das Sperrventil (26) durch den Ionenaustauscher
(1). Da aber die Leitungen (30) und (32) offen sind kann das Wasser frei durch den
Auslauf gelangen und spült nun die im Ionenaustauscher (1) noch vom vorherigen Regenerierungszyklus
Salzsole aus. Ein Abströmen des Wassers während dieses Spülvorganges über die Leitung
(35) verhindert das vorgespannte Rückschlagventil (37), welches etwas häher als
dem freien Ausfliessdruck durch die Leitung (30) entspricht eingestellt ist.
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Sobald der Druckkolben (14) die Leitungen (30) bzw. (32) verschliesst
ist der Spülvorgang für den Ionenaustauscher (1) beendet und dieser steht für die
eigentliche Wasserenthärtung in regeneriertem Zustand zur Verfüguny. Die Dauer des
Spülvorganges und damit die Menge des Spülwasserdurchsatzes entspricht der Dauer
der Bewegung des Druckkolbens (14), die man in einfacher Weise mittels der einstellbaren
Regelung (45) oder für den Ionenaustauscher (2) mit der Regelung (46) bestimmen
kann. In diesen Phasen sind beide Ionenaustauscher (1) und (2) wirksam sobald beim
weiterdrehen des Schaltnockens (22) infolge weiterer Weichwasserentnahme nun die
Leitung (24) verschlossen wird und einige Winkelgrade später der Schaltsektor (44)
dieselbe entlastet kann nun der Druckkolben (15) durch seine Feder (19) nach unten
gezogen werden und die vorher in den Dosierzylinder (5) angesaugte Salzsole wird
über die Leitung (7) in den Ionenaustauscher (2) gedrückt wo sie bis zum nächsten
Einschalten der Leitung (24) über den Schaltnocken (22) verbleibt.
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Dieser Voryang wiederholt sich nunmehr zyklisch und es ist nur dafür
zu sorgen, daß im Solebehälter immer Sole zur Verfügung steht.
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In diesem Zusammenahng muß auf die Bedeutung einer einstellbaren Belnde
(40) oder anderer Einstellmittel des Wasserzählersystems (20) hingewiesen werden,
welche das Verhältnis von Wasserdurchflußmenge zur Antriebsgeschwindigkeit
der
hydraulischen Schaltmittel verändern. Je mehr Wasser seitlich an dem Turbinenrad
(41) vorbeifließt, um so länger wird es dauern bis der Schaltnocken von einem Ionenaustauscher
zum anderen umschaltet. Bei sehr hartem Wasser muß man also die Blende (40) so einlegen,
daß alles Wasser durch das Turbinenrad (41) strömt, bei weicherem Wasser kann man
mit der Blende (40) nach Bedarf diese Menge drosseln. In Fig. 2 ist als Beispiel
eine Lochblende die eine Anzahl verschieden großer Löcher hat dargestellt, aber
es kann selbstverständlich auch eine kontinuierlich verstellbare Blende vorgesehen
werden.
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Fig. 4 zeigt schliesslich eine beispielhafte Ausführung eines Dosierzylinders
mit Druckkolben, wobei der besseren Verständlichkeit halber für gleiche Teile, die
gleichen Nummern wie in Fig. 1 verwendet wurden.
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Der Solebehälter (3), welcher aus Zeichnungsgründen sehr flach dargestellt
ist, aber auch ein großer tiefer Topf sein könnte steht in dem dargestellten Beispiel
direkt über ein Sieb (47) mit dem Raum (48) über dem Dosierkolben (12) in Verbindung.
Der Dosierkolben (12) ist in seiner oberen Endlage gezeichnet, das heißt der Druckkolben
ist durch das Wasser welches durch die Zuleitung (28) und die einstellbare Regelung
(45) in die dargestellte Lage gedrückt worden und hat bereits die Leitungen (30)
und (32) verschlossen. Demnächst ist der Spülvorgang beendet, der Ionenaustauscher
(1) mit dem Weichwasseranschluß (39) verbunden und der Dosierzylinder (4) hat sich
über das Schwimmventil (15) gefüllt, wobei die Ventilkugel (49) zufolge ihres geringeren
spzifischen Gewichtes immer nach oben steigt und das Ventil (15) verschliesst.
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Der Dosierkolben (12) und der Druckkolben (14) sind durch ein Kolbenrohr
(50) miteinander starr verbunden und gleiten in den Zylinderrohren (51) bzw. (52)
mit ausreichender Abdichtung.
Wesentlich erscheint bei dieser Anordnung,
daß eine absolute leckfreie Abdichtung an den Kolben nicht unbedingt erforderlich
ist, da eine geringe Undichtheit keinerlei Schaden oder Funktionsstörung vervorrufen
kann.
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Selbstverständlich ist für eine ausreichende Abdichtung an dem Kolbenrohr
durch eine Ringdichtung (53) -zu sorgen, die an einer Trennwand (54) angeordnet
ist und die beiden Kolbenräume voneinander trennt.
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die dargestellte beispielhafte Ausführung ist nur als schematisch
aufzufassen, da sich konstruktif weitere wesentliche Vereinfachungen unter Anwendung
des Erfindungsgedankens erzielen lassen.
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Die erfindungsgemäße Ausführung eines automatischen Wasserenthärtungsanlage
gestattet eine einfachste vollhydraulische Steuerung unter jedem Verzicht auf elektrische
Bauelemente und allein damit eine bedeutende Verbilligung und den absoluten Ausschluß
von lebensgefährlichen Unfällen, wie sie bei Haushaltsgeräten mit kombiniertem Wasser-
und Stromanschluß immer wieder auftreten.
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L e e r s e i t e