DE2748079A1

DE2748079A1 - Wasserdruck-verstaerkungssystem und steuerventil sowie steuerverfahren

Info

Publication number: DE2748079A1
Application number: DE19772748079
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Amtrol Inc
Current assignee: Amtrol Inc
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1979-01-11
Also published as: DE2748079C2; US4165951A; JPS5414027A; JPS5735483B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserdruck-Verstärkungssystem und insbesondere auf ein Steuerventil für ein derartiges System.

Wasserdruck-Verstärkungssysteme sind bekannt und dienen in der Regel zur Aufrechterhaltung eines angemessenen Wasserdruckes in großen und auch in kleinen Gebäuden; bei kleineren Gebäuden insbesondere dann, wenn sie an nicht ausreichende oder veraltete öffentliche Wasserversorgungsleitungen angeschlossen sind. Diese Systeme arbeiten derart, daß sie den Wasserdruck jeweils dann in einem einzelnen Gebäude anheben, wenn er auf einen Betrag abfällt, bei dem eine ausreichende Versorgung nicht mehr gewährleistet ist.

Bekannte derartige Einrichtungen weisen einen Motor auf, mit dem eine an eine Wasserversorgung, beispielsweise einen Brunnen oder ein öffentliches Wassernetz, angeschlossene Pumpe angetrieben wird; weiterhin ein Steuerventil zur Regulierung eines Über Druck betätigten Schalters, um den Pumpenmotor in Abhängigkeit vom Wasserdruck im Gebäude an- und abzuschalten.

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Diese Systeme verstärken zwar den Wasserdruck in der gewünschten Weise, sie bedingen jedoch ein häufiges An- und Abschalten des Motors und der Pumpe, da jegliches Öffnen einer Wasserentnahmestelle den Druck im Rohrleitungssystem oder Rohrnetz so herabsetzt, daß die Pumpe angeschaltet wird.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, einen Akkumulatortank im System vorzusehen. Er ersetzt in dem System relativ geringe, durch Öffnen von Wasserentnahmestellen abgezogene Wassermengen, ohne daß Motor und Pumpe angeschaltet werden. Der Anschluß eines solchen Tanks an das System bedingt jedoch eine Komplizierung der Funktion des Steuerventils, da es Motor und Pumpe in die Lage versetzen muß, nach Absperren der Wasserentnahmestelle weiterzulaufen, um das aus dem Akkumulatortank entnommene Wasser zu ersetzen. Die US-PS 3.739.810, 3.782.858, 3.814.534, 3.865.512, 3.871.792, 3.876.336 und 3.922.111 beschreiben Wasserdruck-Verstärkungssysteme, die auf den vorbeschriebenen Konzepten beruhen.

Bei den bekannten Verstärkungssystemen wurde in der Regel ein über eine Membran betätigtes Ventil zur Regulierung des Systemdrucks und zur Steuerung des Wiederauffüllens des Akkumulatortanks verwendet. Auch ist es bekannt, einen Pilotdruck in Verbindung mit der Membran zur Steuerung der Position des Ventils heranzuziehen, wobei zu diesem Zweck auch Vorspannungseinrichtungen, wie Federn oder Luftdruck, verwendet wurden.

Die Membranen bei derartigen Steuerventilen versagen relativ oft wegen Reißens und aufgrund unwirksamer Abdichtung längs ihres Umfangs. Bei Vorrichtungen mit Vorspanneinrichtungen und Membranen muß die Vorspanneinrichtung eine ausreichende Kraft auf das Ventil ausüben, um die vorhandenen Reibungskräfte zu überwinden und ein Schließen des Ventils herbeizuführen. Hierdurch wird, wie auf der Hand liegt, die Kraft vergrößert, die zum öffnen des Ventils nötig ist; infolgedessen steigt auch der Druckabfall im Steuerventil an.

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Herkömmliche Systeme, die einen Pilotdruck zur Steuerung der Position des Hauptventils heranziehen, benötigen in der Regel eine zusätzliche Einrichtung zur Regulierung des Pilotdrucks und ein getrenntes Steuerventil, um eine Entleerung des Akkumulatortanks durch die Pumpe zurück zu verhindern. Auf diese Weise erhält man ein unnötigerweise komplexes Verstärkungssystem, welches dann aufwendige Unterhaltungsarbeiten erfordert und darüber hinaus eine gesteigerte Wahrscheinlichkeit von Mißfunktionen in sich birgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Wasserdruck-Verstärkungssystem der eingangs genannten Art mit einem Steuerventil zu schaffen, mit dem der Druck des gelieferten Wassers in einer vergleichsweise geringen Bandbreite regulierbar ist und wobei ein geringer Druckverlust bei hohen Strömungsraten ermöglicht wird. Das Steuerventil soll hierbei in der Lage sein, vergleichsweise große Reibungskräfte überwinden zu können, die durch in das Ventil eingedrungene Fremdkörper oder durch Anlagerungen auftreten können. Weiterhin soll das Steuerventil so ausgebildet sein, daß ein Rückfluß durch die Pumpe bei nicht betätigter Pumpe verhindert wird. Schließlich soll auch eine Zeitverzögerung vorgesehen werden, so daß die Pumpe weiterarbeitet, wenn die Wasserentnahme beendet wurde. Das Ventil soll kompakte Abmessungen und vergleichsweise niedrige Herstellungskosten aufweisen, auch sollen keine Federn oder Membranen aufweisenden Vorspannungseinrichtungen bei dem Steuerventil erforderlich sein.

Diese Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß das System eine von einem Motor angetriebene Pumpe aufweist, die mit einer Waseerquelle verbunden ist, wobei das System weiterhin einen Akkumulatortank aufweist, desgleichen einen auf Änderungen des Wasserdrucks im System ansprechenden Druckschalter, um den Motor und folglich die Pumpe an- und abzuschalten, schließlich ein zwischen den Akkumulatortank und die Pumpe geschaltetes Steuerventil sowie ein Auslaßventil, wie einen Wasserhahn od. dgl.

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Das Steuerventil reguliert den Wasserdruck im System und steuert ebenfalls die Wiederauffüllung des Akkumulatortanks, nachdem die Wasserentnahme am Auslaßhahn beendet wurde. Das Ventil ist im Gegensatz zu den Membranventilen bekannter Verstärkungssysteme ein eng abgeglichenes Kolbenventil und weist einen mit der Pumpe verbundenen Einlaß sowie mit dem Akkumulatortank und dem System verbundene Auslässe auf. Der Einlaß bezüglich der Pumpe ist zwischen einem Drosselventilteil und einem Ausgleichskolbenteil eines verschiebbaren Ventilteils angeordnet, so daß sich die auf das Ventilteil wirkenden Pumpendruckkräfte gegeneinander aufheben und nicht das Bestreben haben, das Ventilteil in der einen oder anderen Richtung zu bewegen. Der Ausgleichskolbenteil weist eine öffnung oder Ausnehmung auf, so daß Wasser in eine Kammer hindurchtreten kann, um einen Rückdruck zu erzeugen, der das Bestreben hat, das Ventilteil anzuheben, wobei dann der Drosselventilteil geöffnet und eine Verbindung zwischen der Pumpe und dem übrigen System hergestellt wird.

Die Größe des Rückdrucks wird durch eine miniaturisierte Rückdruckregeleinrichtung bestimmt, die mit dem Gehäuse verbunden ist und auf einem relativ konstanten Druck verbleibt.

Der Drosselventilteil wird von dem Druck des Systems beaufschlagt, der das Bestreben hat, das Drosselventil zu schließen. Somit ist ersichtlich, daß die Bewegung des Ventilteils lediglich durch das Differential zwischen dem Systemdruck und einem relativ konstanten Rückdruck ohne die Notwendigkeit von Membranen, Federn oder anderen Vorspannungseinrichtungen gesteuert wird.

Der Drosselventilteil weist ein Kombinationsventil zur Steuerung und Absperrung der Wasserströmung auf, mit dem die Strömung einer geringen Wassermenge in das System ermöglicht wird, nachdem der Systemdruck das Drosselventil geschlossen hat. Auf diese Weise können Pumpe und Motor weiterlaufen, nachdem die Wasserentnahme an dem Wasserhahn bereits beendet wurde und der Akkumulatortank wieder aufgefüllt wurde.

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Nachdem der Akkumulatortank einen vorbestimmten Druck erreicht hat, schaltet der Druckschalter den Pumpenmotor ab, und das Steuer/Sperrventil der Strömung schließt, um einen Rückfluß aus dem System zur Pumpe zu verhindern.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Patentansprüche und der Zeichnungen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wasserdruck-Verstärkungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Steuerventils nach Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt in vergrößerter Darstellung

einer alternativen Ausführungsform des Drosselventils nach Fig. 2;

Fig. 4 im Querschnitt aufeinanderfolgende Betriebszustänbls 6 de des Ventils nach Fig. 2 während des Betriebs des Verstärkungssystems nach Fig. 1 und

Fig. 7 eine graphische Darstellung von Betriebskenngrößen des Wasserdruck-Verstärkungssystems nach Fig. 1.

Das Wasserdruck-Verstärkungssystem gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch gezeigt und weist eine von einem Elektromotor 12 angetriebene Wasserpumpe 10 auf, weiterhin ein Steuerventil oder eine Steuerventil-Einheit 14, einen Akkumulatortank 16 sowie einen über Druck betätigten Schalter 18. Die Wasserpumpe 10 ist entsprechend den jeweils vorliegenden Anforderungen ausgebildet, beispielsweise kann sie eine JL07NS Pumpe der Firma Gould sein, und ist über ihren Einlaß und eine Leitung 20 mit einer Wasserversorgung verbunden, die beispielsweise ein Brunnen oder ein öffentliches Wassernetz sein kann. Der Einlaß ist über eine Leitung 22 an das Steuerventil 14 angeschlossen.

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Letzteres weist einen Durchgang auf, der einerseits mit dem Akkumulatortank 16 und dem Druckschalter 18 über Leitungen 26 und 24 verbunden ist, und andererseits mit dem Gebäuderohrnetz, das schematisch durch die Leitung 28 und den Auslaßwasserhahn 30 dargestellt ist. Die Fig. 1 ist, wie erwähnt, lediglich eine schematische Darstellung, und es können naturgemäß eine Vielzahl von Leitungen und Wasserausgabestellen in dem dem erfindungsgemäßen System zugeordneten Gebäude vorgesehen sein.

Der Akkumulatortank 16 sowie der Druckschalter 18 sind handelsüblich. So kann als Akkumulatortank 16 das Modell WeIl-X-Trol WX-202 der Firma Amtrol Inc. Verwendung finden, während als Druckschalter der in der obengenannten Gould Pumpe JL07NS eingebaute Schalter benutzt werden kann.

Der Elektromotor 12 ist über eine elektrische Leitung 32 und den Druckschalter 18 mit einer Stromquelle verbunden. Falls es die räumliche Anordnung des Wasserdruck-Verstärkungssystems gestattet, kann der Elektromotor 12 durch einen Verbrennungsmotor oder eine andere Antriebsmaschine für die Wasserpumpe ersetzt werden.

Die Steuerventileinheit 14 ist in der Fig. 2 genauer dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 34 auf, ein verschiebbares Ventilteil 36 sowie einen Rückdruckregler 38. Das Gehäuse 34 weist einen Einlaß 40 auf, der seinerseits mit dem Auslaß der Pumpe 10 über herkömmliche Schraubverbindungen und die Leitung 22 verbunden ist. Ein ähnlicher Durchgang 42 verbindet mit dem Akkumulatortank 16. Koaxial zum Durchgang 42 ist ein weiterer Durchgang 46 zur Verbindung des Steuerventils 14 mit den Auslaßhähnen 30 vorgesehen. Dieser Durchgang erstreckt sich senkrecht zur Ebene der Fig. 2 und ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Das Gehäuse 34 ist weiterhin mit mit Gewinde ausgestatteten Durchgängen 48 und 50 in Verbindung einerseits «it einer Druckmeßeinrichtung und andererseits mit der Einlaßleitung 20 ausgestattet. Im Kopf des Gehäuses 34 ist ein mit einem Gewinde

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versehener Einlaßstutzen 52 vorgesehen, wodurch der Ein- und Ausbau des Ventilteils 36 bequem ausgeführt werden kann. Der Einlaßstutzen 52 weist ein ringförmig ausgebildetes, sich nach unten erstreckendes Hemd 54 auf, und es erstreckt sich in das Gehäuse 34 und begrenzt die Aufwärtsbewegung des Ventilteils 36. Im Eintrittsstutzen 52 ist weiterhin ein Durchgang 56 vorgesehen, über den der Druckschalter 18 mit dem Leitungsdruck beaufschlagt werden kann.

Das Unterteil des Gehäuses 34 ist mit dem Rückdruckregler 38 verbunden. Letzterer kann direkt am Gehäuse 34 angeordnet, siehe Fig. 2, oder getrennt davon mit dem Gehäuse über eine Leitung verbunden werden. Der Druckregler 38 ist wiederum handelsüblich. Beispielsweise kann das Modell A-31R der Firma Cash-Acme Verwendung finden. Grundsätzlich weist er ein Gehäuse 58 auf, das, wie gezeigt, mit dem Gehäuse 34 verschraubt ist. Eine Membran 60 verschließt das offene Ende des Gehäuses 58, und eine Schraube 62 ist in das Gehäuse 58 eingeschraubt. Weiterhin beaufschlagt eine zwischen der Schraube 62 und der Blende 60 angeordnete Feder 64 normalerweise eine an der Membran 60 angeordnete Dichtung 66, und zwar in Richtung auf den Boden des Gehäuses 34, wodurch der Durchgang 68 verschlossen wird. Wie ersichtlich,steht der Durchgang 68 mit dem oben erwähnten Durchgang oder Anschlußstutzen 50 in Verbindung.

Das Ventilteil 36 weist einen mittigen Bolzen 70 auf, der an seinem unteren Ende mit einem Ausgleichskolben 72 und an seinem oberen Ende mit einem Drosselventil 74 versehen ist. Der Ausgleichskolben 72 ist an seinem Umfang mit einer Dichtung versehen, wodurch eine Dichtung zwischen ihm und einer Innenfläche 78 des Gehäuses 34 herbeigeführt wird. Im Ausgleichskolben 72 ist weiterhin eine öffnung 80 vorgesehen, so daß eine Druckaittelverbindung zwischen einer Mittelkammer 82 und einer unteren Kammer 84 im Gehäuse 34 ermöglicht wird. Die Öffnung 80 weist einen Querschnitt von etwa 0,6 bis 3,2 mm auf. Die untere Kammer 84 steht ebenfalls mit dem Druck-

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regler 38, und zwar über eine Leitung oder einen Durchgang 86, in Verbindung.

Das Drosselventil 74 weist eine Anzahl von über seinen Umfang verteilten Ventillängsführungen 88 auf. Sie sorgen dafür, daß die Längsmittellinie des Ventilteils 36 auch während dessen Auf- und Abwärtsbewegung mit der Mittellinie des Gehäuses 34 zusammenfällt.

Die Außenfläche des Drosselventils 74 ist so ausgebildet, daß die Flüssigkeitsströmung zwischen der Mittelkammer 82 und einer oberen Kammer 90 gedrosselt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Außenfläche in Form von stumpfen Konussen mit steigenden Seitenwinkeln, vgl. Fig. 2, oder in Form eines stumpfen Paraboloids, vgl. Fig. 3, ausgebildet wird. In beiden Fällen steigt die Strömungsgeschwindigkeit zwischen Mittelkammer 82 und oberer Kammer 80 bei sich nach oben bewegendem Ventilteil 36.

Befindet sich das Ventilteil 36 in seiner untersten Stellung, siehe Fig. 2, so ist normalerweise die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Mittelkammer 82 und der oberen Kammer 90 durch die Dichtung 92 unterbrochen, die am Ventilteil 36 angeordnet ist und sich an einen Ventilsitz 94 anlegt, der durch die obere Fläche eines Innenzylinders 96 des Gehäuses 34 gebildet wird.

Der obere Teil des Ventilteils 36 beinhaltet weiterhin ein Steuer/Absperrventil 98 für die Strömung. Es ist frei beweglich zwischen einem unteren Ventilsitz 100 und einem oberen Ventilsitz 102 in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen der Mittelkammer 82 und der oberen Kammer 90. Ist der Druck in der oberen Kammer 90 größer als in der unteren Kammer 82, so wird das Steuer/Absperrventil 98 nach unten auf den Sitz 100 gedrückt. Übersteigt der Druck in der Mittelkammer 82 hingegen den der oberen Kammer 90, so wird das Ventil 98 nach oben auf den Ventilsitz 102 gedrückt. Der Ventilsitz 102 weist wenig-

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stens eine, vorzugsweise mehrere Radialnuten auf, die von der Öffnung eines Durchgangs 104 ausgehen und sich zum äußeren Umfang des Sitzes 102 erstrecken, so daß selbst dann Druckmittel bzw. Wasser hindurchströmen kann, wenn das Ventil 98 auf dem Sitz 102 aufsitzt. Werden zwei Nuten vorgesehen, so hat es sich gezeigt, daß eine Breite von 1,8 bis 5 mm und eine Tiefe von 0,9 bis 1,8 mm ausreichend ist, um eine Strömung von etwa 1,9 bis 3,785 l/min aus der Pumpe über das Ventil in das System herbeizuführen. Das Flüssigkeits-Steuerungs/Sperrventil 98 ist aus federndem Material mit einem Durometer von 40 bis 70 hergestellt. Das Strömungsmittel strömt aus der Kammer 82 durch den Durchgang 106 über den Umfang des Ventils 98 durch die radialen Nuten und in den Durchgang 104. Der Zweck dieses Durchgangs vom Strömungsmittel durch das in dieser Position befindliche Ventil 98 wird unten erläutert.

Wenn das Ventil 98 auf dem Ventilsitz 100 aufsitzt, wird eine Strömung durch das Ventil zwischen der oberen Kammer 90 und der Mittelkammer 82 unterbunden,

Zwischen dem Drosselventilteil und dem Ausgleichskolben 72 kann ein Sieb 108 vorgesehen sein, um Schmutz und andere Fremdstoffe daran zu hindern, die verschiedenen Durchgänge des Ventilteils 36 zuzusetzen oder zu blockieren.

Die Arbeitsweise des Systems und des Steuerventils wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben. Als Ausgangszustand wird vorausgesetzt, daß der Auslaßhahn 30 geschlossen ist, daß Motor 12 und Pumpe 10 ausgeschaltet sind, daß Akkumulatortank 36 aufgefüllt ist und daß das Ventilteil 36 sowie das Ventil 98 sich in den Stellungen gemäß Fig. 4 befinden. Sobald der Auslaßhahn 30 geöffnet ist, so fließt zunächst Wasser aus dem Rohrsystem und dem Akkumulatortank 16 aus. Ist der Bedarf entsprechend groß, so sinkt der Druck in den Leitungen 24, 26 und 28 auf den Betrag ab, auf den der Druckschalter 18 eingestellt ist. Bei diesem

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Druck schließt der Schalter 18 den Stromkreis und setzt Motor 12 und Pumpe 10 in Betrieb. Das aus der Pumpe 10 austretende Wasser tritt über Durchgang oder Einlaß 40 in die Steuerventileinheit 14 ein. Die Durchmesser von Ausgleichskolben 72 und Drosselventil 74 sind gleich; deshalb bewegt der Druck des durch den Eingang 40 eintretenden Fluids die Ventileinheit 36 in keine der beiden möglichen Richtungen.

Das Fluid oder Wasser strömt durch die Öffnung 80 in die untere Kammer 84 und den Durchgang 86. Ein Weiterströmen wird sodann unterbunden, da die Dichtung 66 den Durchgang 68 blockiert. Somit baut sich ein Wasserdruck auf der unteren Seite des Ausgleichskolbens 72 auf. Dieser Druckaufbau setzt sich bis zu einem vorbestimmten Betrag fort, bei dem dann die auf die Membran 60 wirkende Kraft die von der Feder 64 aufgebrachte Kraft übersteigt. In diesem Fall wird die Dichtung 66 vom Durchgang 68 abgehoben, wodurch ein Weiterströmen des Fluids zurück in die Pumpeneinlaßleitung 20 ermöglicht wird. Auf diese Weise steuert der Druckregler 38 den auf die untere Seite des Ausgleichskolbens 72 nicht wirkenden Drucks. Dieser Druck kann durch Drehen der Schraube 62 von Hand eingestellt werden und wird in der Regel auf etwa die Hälfte des Ein- und Ausschaltdrucks des Druckschalters 18 einjustiert, d.h. 2,8 bis 3,5 atü.

Sobald dieser auf die Unterseite des Ausgleichskolbens 72 wirkende Pilotdruck den in der oberen Kammer 90 anliegenden Systemdruck übersteigt, bewegt sich das Ventilteil 36 nach oben, wodurch die Wirkung der Dichtung 92 aufgehoben wird. Das Steuerungs/Sperrventil 98 bewegt sich ebenfalls nach oben, siehe Fig. 5, wenn der Druck in der Mittelkammer 82 den Systemdruck übersteigt. Die Druckmittelströmung zwischen der Mittelkammer 82 und der oberen Kammer 90 wird, wie oben beschrieben, durch das Drosselventil 74 gedrosselt. Die Position des Drosselventils 74 bezüglich des Ventilsitzes 94 und dementsprechend das Ausmaß der Drosselung werden durch das Druckdifferential zwischen der oberen Kammer 90 und der unteren Kammer 84 bestimmt.

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Solange der Auslaßhahn 30 geöffnet ist, wird die schwache Strömung in das System durch das Ventilteil 36 gesteuert. Sobald der Auslaßhahn 30 geschlossen wird, findet ein langsamer Druckaufbau im Rohrleitungssystem statt, bis dieser Druck den auf den Ausgleichskolben 72 wirkenden Pilotdruck übersteigt. Ist dieser Zustand erreicht, so bewegt sich das Ventilteil 36 nach unten. Es sei darauf hingewiesen, daß die Drucksteigerungsgeschwindigkeit im Rohrleitungssystem und im Sammeltank 16 sich verringert, wenn das Drosselventil 74 sich dem Sitz 94 nähert; dies wegen der ansteigenden Drosselung der Flüssigkeitsströmung in die obere Kammer 90. Hierdurch wird Jeweils eine längere Einschaltdauer von Motor 12 und Pumpe 10 ermöglicht und folglich ein unerwünschtes ständiges Ein- und Ausschalten dieser beiden Einrichtungen verhindert.

Der Druck in der oberen Kammer 90 (und im Rohrleitungssystem) verringert sich langsam bis zu dem Betrag, mit dem er das Drosselventil 74 vollständig schließt; siehe Fig. 6. In diesem Zustand ist der Druck in der Mittelkammer 82 größer als der in der oberen Kammer 90, wodurch das Steuerungs/Sperrventil 98 der Strömung in seiner oberen Position gehalten wird, so daß die oben beschriebene Wasserströmung stattfinden kann.

Die Wasserströmung über das Sperrventil 98 in die obere Kammer 90 bewirkt eine Wiederauffüllung des Akkumulatortanks 16. Die Federung des Ventils 98 bewirkt eine etwa konstante FUIlzeit des Akkumulatortanks 16 unabhängig von dem Differential zwischen Pumpendruck und Systemdruck. Je größer dieses Druckdifferential ist, um so mehr wird das Ventil 98 in die erwähnten Radialnuten gedrückt, wodurch dann eine verstärkte Strömung durch die Nuten, die an sich aufgrund des größeren Druckdifferentials auftreten würde, verhindert wird.

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Sobald der Akkumulatortank 16 aufgefüllt 1st, erreicht der Druck Im Rohrleitungssystem den Ausschaltdruck des Druckschalters 18, so daß dann Motor 12 und Pumpe 10 abgeschaltet werden. Das Ventil 98 fällt dann auf den Ventilsitz ab, und eine Rückströmung aus der oberen Kammer 90 in die Mittelkammer 82 wird unterbunden. Das System befindet sich dann wiederum in der Stellung nach Fig. 4, und ein neuer Arbeitszyklus kann beginnen.

Ergebnisse von Untersuchungen mit einem typischen Ventil gemäß der Erfindung sind in der Fig. 7 festgehalten. Bei diesen Versuchen wurde der Pumpeneinschaltdruck auf 2,8 atü und der Pumpenausschaltdruck auf 4,2 atü eingestellt. Der Pilotdruck ändert sich mit dem Pumpendruck und bewegt sich zwischen 2,8 und 3,5 atü. Bei geringerer Strömung betrug der Pumpenausgangsdruck etwa 4,9 bis 7 atü, bei stärkerer Strömung etwa 2,8 bis 4,9 atü. Der typische Durchsatz des Drosselventils 74 bewegte sich im Bereich von 3»785 bis 75,7 l/min, der Durchsatz durch das Sperrventil 98 und die öffnung 80 von 1,9 bis 3,785 l/min.

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Claims

DIPL.-ING. KLAUS RÜPPRECHT - A^- vtsstendsthasse ο« PATENTANWALT D-IOOO FRANKFURT (MAIN) 1 TSLSFON (Oejl) 70224* TELSX 0*11 842 2748079 DAnm: 26.10.1977 KRU/ki AMIROL INC. VEST WARWICK, RHODE ISLAND (V.St.A.) WASSERDRUCK-VERSTÄRKUNGSSYSTEM UND STEUERVENTIL SOWIE STEUERVERFAHREN PATENTANSPRÜCHE

1.) Wasserdruck-Verstärkungssystem zur Regulierung des Wasserdrucks In einem Rohrleitungssystem mit einer an eine Wasserversorgung angeschlossenen Pumpe und einer Einrichtung zur Steuerung der Wasserströmung In die Rohrleitung , dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein erstes Ventil aufweist, das mit dem Ausgang der Pumpe (10) und dem Rohrleitungssystem so verbunden ist, daß dann Wasser aus der Pumpe In das Rohrleitungssystem strömt, wenn der Druck im Rohrleitungssystem unter einen vorbestimmten, eingestellten Druck abfällt, und daß eine Wasserströmung in das Rohrleitungssystem verhindert wird, wenn der Druck im Rohrleitungssystem den vorbestimmten, eingestellten Druck übersteigt, und daß weiterhin ein zweites Ventil zwischen die Pumpe (10) und das Rohrleitungssystem so geschaltet ist, daß dann eine verringerte Strömung in das Rohrleitungssystem stattfindet, wenn das erste Ventil geschlossen ist, bis der Druck Im Rohrleitungssystem ein Hnximum erreicht.

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2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil am ersten Ventil angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil einen Ausgleichskolben aufweist, der über einen Pilotdruck betätigt wird.

4. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil ein Gehäuse (34) mit einem Einlaß (40) aufweist, der mit dem Ausgang der Pumpe (10) verbunden ist,und weiterhin das Ventilteil (36), das verschiebbar in dem Gehäuse (34) vorgesehen ist, wobei das Ventilteil (36) einen Bolzen (70) aufweist, an dessen einem Ende ein Drosselventil (74) und an dessen anderem Ende der Ausgleichskolben (72) angeordnet ist, während das Ventilteil (36) so im Gehäuse (34) angeordnet ist, daß der Einlaß (40) zwischen dem Drosselventil (74) und dem Ausgleichskolben (72) vorgesehen ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Drosselventils (74) gleich dem des Ausgleichskolbens (72) ist, so daß die auf das Ventilteil (36) ausgeübte, durch das in das Gehäuse (34) einströmende Wasser erzeugte Kraft das Ventilteil (36) nicht bewegt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (72) zur Ermöglichung einer Wasserströmung von einer ersten Seite des Ausgleichskolben« (72) auf eine zweite Seite des Ausgleichskolbens (72) eine öffnung (80) aufweist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung einen Querschnitt von etwa 0,6 bis 3,2 mm aufweist.

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8. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Einrichtung zur Regulierung des auf die zweite Seite des Ausgleichskolbens (72) wirkenden Drucks vorgesehen ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regulierung des Druckes am Gehäuse (34) angeordnet ist.

10. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (74) beim Abheben vom Ventilsitz die Strömung zwischen der Pumpe (10) und dem Rohrleistungssystem mit abnehmender Stärke drosselt.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (74) eine Außenfläche in Form eines stumpfen Konus aufwei st.

12. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (74)eine Außenfläche in Form eines stumpfen Paraboloids aufweist.

13. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil auf dem Ventilteil (36) angeordnet ist.

14. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil in dem Drosselventil (74) angeordnet ist.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil ein Kombinationsventil (98) zur Steuerung und Unterbrechung der Strömung ist.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinationsventil (98) einen ersten ringförmigen Ventilsitz (100) aufweist, weiterhin einen zweiten ringförmigen Ventilsitz (102) mit wenigstens einer Nut zur Ermöglichung

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einer Wasserströmung von der Pumpe (10) in das Rohrleitungssystem und schließlich ein federndes Ventilteil, das zwischen Berührung mit dem ersten Ventilsitz (100), wobei es eine Flüssigkeitsströmung vom Rohrleitungssystem in die Pumpe (10) unterbindet, und Berührung mit dem zweiten Ventilsitz, wobei es eine relativ geringe Wasserströmung von der Pumpe (10) in das Rohrleitungssystem ermöglicht, hin- und herbewegbar ist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Bolzen (70) des Ventilteils (39) einen Durchgang zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Pumpe (10) und dem ersten Ventilsitz (100) aufweist.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet« daß zur Verhinderung eines Zusetzens oder Blockierens der öffnung (80) sowie des Durchgangs (106) des zentralen Schafts (70) zwischen dem Drosselventil (74) und dem Ausgleichskolben (72) ein den zentralen Schaft (70) umgebendes feines Drahtnetz vorgesehen ist.

19. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Akkumulatortank (16) mit dem Rohrleitungssystem verbunden ist.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter (18) so mit dem Rohrleitungssystem verbunden ist, daß bei Abfallen des Drucks auf einen vorbestimmten niedrigen Wert der Druckschalter (18) die Pumpe (10) einschaltet und daß bei Anwachsen des Drucks im Rohrleitungssystem auf einen vorbestimmten hohen Wert der Druckschalter (18) die Pumpe (10) abschaltet.

21. Ventil mit einem einen Einlaß sowie einen Auslaß aufweisenden Gehäuse, gekennzeichnet durch ein in dem Gehäuse (34) verschiebbar angeordnetes Ventilteil (36) mit einem zentralen Bolzen (70), an dessen einem Ende ein Teil eines

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Drosselventils (74) und an dessen anderem Ende ein Ausgleichskolben (72) vorgesehen ist, wobei das Ventilteil (36) so angeordnet 1st, daß der Einlaß (40) zwischen dem Drosselventil (74) und dem Ausgleichskolben (72) angeordnet ist, weiterhin durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines derart auf den Ausgleichskolben (72) wirkenden regulierbaren Drucks, daß die Bewegung des verschiebbaren Ventilteils (36) durch das Druckdifferential zwischen dem regulierbaren Druck und einem Druck am Auslaß steuerbar ist,und durch ein in dem Teil des Drosselventils (74) angeordnetes Sperrventil (98), mit dem die Fluidströmung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß bei geschlossenem Teil des Drosselventils (74) steuerbar ist, wobei das Sperrventil (98) eine Fluidströmung ermöglicht, wenn der Druck am Einlaß größer als am Auslaß ist, und wobei eine Fluidströmung unterbunden wird, wenn der Druck am Auslaß den am Einlaß Übersteigt.

22. Ventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (72) eine Öffnung (80) aufweist, mit der eine Verbindung von einer ersten, der Einlaßseite, zu einer zweiten Seite des Ausgleichskolbens (72) ermöglicht wird.

23. Ventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckreguliereinrichtung mit dem Qehäuse (34) verbunden ist und daß hiermit der auf die zweite Seite des Ausgleichskolbens (72) wirkende Druck regulierbar ist.

24. Ventil nach Anspruch 23» dadurch geke?*P^ze1 c-h^et. daß der Teil des Drosselventils (74) eine Außenfläche in Form eines zusammengesetzten, stumpfen Konus aufweist, so daß die Menge des gedrosselten Strömungsmittels umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem Drosselventil (74) und seines Sitz ist.

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25. Ventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Drosselventils (74) eine Außenfläche in Form eines stumpfen Paraboloids aufweist, so daß die Menge des gedrosselten Strömungsmittels umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem Drosselventil (74) und seinem Sitz ist.

26. Verfahren zum Regulieren des Wasserdrucks in einem Rohrleitungssystem, das eine Wasserdruck-Verstärkungspumpe und ein Steuerventil des Ausgleichskolbentyps aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in das Steuerventil (14) zwischen einem Drosselventil und einem daran angeordneten Ausgleichskolben eingeleitet wird, so daß die durch den Wasserdruck am Drosselventil erzeugte Kraft letzteres weder öffnet noch schließt, daß ein relativ konstanter, regelbarer Druck auf einer Seite des Ausgleichskolbens erzeugt wird und daß der im Rohrleitungssystem vorherrschende Druck an das Drosselventil gegen den Druck angelegt wird, der auf der einen Seite des Ausgleichskolbens vorherrscht, so daß das öffnen und Schließen des Drosselventils vom Druckdifferential zwischen dem regulierten Druck und dem Druck im Rohrleitungssystem abhängt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des Strömungsmittels von der Pumpe in das Rohrleitungssystem gedrosselt wird, wobei das Ausmaß der Drosselung umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem Drosselventil und seinem Sitz bemessen wird.

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