AT526972A1 - Pressure reducing valve for volume flow control - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Druckminderungsventil (100) zur Volumenstromregelung umfassend ein Ventilgehäuse (1) mit einem Ventilsitz (4) und eine den Ventilsitz (4) verschließende, von einer Membran (5) gesteuerte, Durchflussregelungsvorrichtung (6), wobei das Ventilgehäuse (1) zum Anschluss an eine Fluidleitung einen Eingangsanschluss (2) und einen abflussseitigen Ausgangsanschluss (3) umfasst, wobei das Ventilgehäuse (1) zumindest einen abflussseitig angeordneten Kanal (7) aufweist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Druck des Fluids im Bereich des Ausgangsanschlusses (3) über den Kanal (7) an die der Durchflussregelungsvorrichtung (6) zugewandte Seite der Membran (5) geführt ist. Die Membran (5) ist dazu ausgebildet, die Größe eines Ventilspalts (8) zwischen dem Ventilsitz (4) und der Durchflussregelungsvorrichtung (6) in Abhängigkeit von dem über den Kanal (7) übertragenen Druck durch Verstellung der Durchflussregelungsvorrichtung (6) einzustellen, wobei die Durchflussregelungsvorrichtung (6) einen Strömungsregler umfasst, wobei der Strömungsregler als Leiteinheit (9) mit Leitschaufeln (91) ausgebildet ist, wobei die Leitschaufeln (91) einen schrauben- und/oder helixförmigen Verlauf aufweisen und geneigt zur Strömungsrichtung sind, sodass eine helixförmige Strömung erzeugbar ist. Die Leitschaufeln (91) haben einen V-förmigen Querschnitt oder einen Querschnitt in Form eines gleichschenkeligen Trapezes.The invention relates to a pressure reducing valve (100) for volume flow control, comprising a valve housing (1) with a valve seat (4) and a flow control device (6) which closes the valve seat (4) and is controlled by a membrane (5), wherein the valve housing (1) comprises an inlet connection (2) and an outlet connection (3) on the outflow side for connection to a fluid line, wherein the valve housing (1) has at least one channel (7) arranged on the outflow side, which is arranged and designed such that the pressure of the fluid in the region of the outlet connection (3) is guided via the channel (7) to the side of the membrane (5) facing the flow control device (6). The membrane (5) is designed to adjust the size of a valve gap (8) between the valve seat (4) and the flow control device (6) as a function of the pressure transmitted via the channel (7) by adjusting the flow control device (6), wherein the flow control device (6) comprises a flow regulator, wherein the flow regulator is designed as a guide unit (9) with guide vanes (91), wherein the guide vanes (91) have a screw and/or helical course and are inclined to the flow direction so that a helical flow can be generated. The guide vanes (91) have a V-shaped cross section or a cross section in the form of an isosceles trapezoid.
Description
Die Erfindung betrifft ein Druckminderungsventil zur Volumenstromregelung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. The invention relates to a pressure reducing valve for volume flow control according to the preamble of patent claim 1.
Druckminderungsventile werden dazu eingesetzt, Trinkwasserinstallationen vor Überdrücken zu schützen. Zuflussseitig vorliegende Drücke (Eingangsdrücke) werden durch das Druckminderungsventil auf ein frei einstellbares Arbeitsniveau (Hinterdruck) reduziert, das sich auch bei Änderungen der zuflussseitigen Drücke nicht verändert. Der abflussseitige Druck wirkt dabei über einen Kanal auf eine Seite einer Membran ein, die mit einer Durchflussregelungsvorrichtung gekoppelt ist. Auf die andere Seite der Membran wird eine Kraft ausgeübt, beispielsweise von einer Einstellfeder. Je höher der abflussseitige Druck ansteigt, desto weiter wird ein Ventilspalt des Ventils geschlossen, bis schließlich bei Erreichen des eingestellten Soll-Hinterdrucks der Durchfluss durch das Ventil gesperrt wird. Pressure reducing valves are used to protect drinking water installations from excess pressure. The pressure on the inlet side (input pressure) is reduced by the pressure reducing valve to a freely adjustable working level (back pressure), which does not change even if the pressure on the inlet side changes. The pressure on the outlet side acts via a channel on one side of a membrane that is coupled to a flow control device. A force is exerted on the other side of the membrane, for example by an adjusting spring. The higher the pressure on the outlet side rises, the more a valve gap in the valve is closed, until finally, when the set target back pressure is reached, the flow through the valve is blocked.
Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang Druckminderungsventile bekannt, die im Bereich des Ventilsitzes einen Strömungsregler mit gerade verlaufenden Rippen aufweisen, der zu einer laminaren Strömung am Eingang des abflussseitigen Kanals führen und Turbulenzen vermeiden soll, sodass die Regelcharakteristik des Druckminderungsventils verbessert werden soll. Nachteilig bei diesen bekannten Druckminderungsventilen ist jedoch, dass der durch das Druckminderungsventil herbeigeführte Druckabfall oftmals zu groß ist. In this context, pressure reducing valves are known from the state of the art that have a flow regulator with straight ribs in the area of the valve seat, which is intended to lead to a laminar flow at the entrance to the discharge-side channel and to avoid turbulence, so that the control characteristics of the pressure reducing valve are improved. The disadvantage of these known pressure reducing valves, however, is that the pressure drop caused by the pressure reducing valve is often too great.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, diesbezüglich Abhilfe zu schaffen und ein Druckminderungsventil bereitzustellen, das eine exaktere Regelung des abflussseitigen Drucks und des durch das Druckminderungsventils erzielten Druckabfalls gewährleistet. The object of the invention is therefore to remedy this situation and to provide a pressure reducing valve which ensures more precise control of the discharge-side pressure and the pressure drop achieved by the pressure reducing valve.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Druckminderungsventil zur Volumenstromregelung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1. The invention solves this problem with a pressure reducing valve for volume flow control according to the preamble of patent claim 1 with the characterizing features of patent claim 1.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Durchflussregelungsvorrichtung einen According to the invention, the flow control device has a
Strömungsregler umfasst, wobei der Strömungsregler als Leiteinheit mit Leitschaufeln ausgebildet ist. Flow regulator, wherein the flow regulator is designed as a guide unit with guide vanes.
Durch die Leitschaufeln der Leiteinheit wird erzielt, dass sich ein sich drehender Fluidstrom durch das Druckminderungsventil bewegt bzw der Strömung ein Drall aufgezwungen wird, wodurch sich die Strömungsdynamik optimal ausnutzen lässt und die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf dem Weg durch das Druckminderungsventil entweder zunimmt oder zumindest nicht abnimmt. Dadurch, dass der Strömungsregler als Leiteinheit mit Leitschaufeln ausgebildet ist, verschiebt sich die no-flow boundary am Rand des zentralen Fluidstroms. Dies führt zu einer geringeren Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Haupt-Fluidstrom und dem äußersten Rand des Fluidstroms, was in einer geringeren Scherkraft resultiert und zu einem geringeren Druckabfall aufgrund reduzierter Reibung führt. Daher führt ein erfindungsgemäßer Strömungsregler vorteilhafterweise zu einer erhöhten Fließgeschwindigkeit durch das Druckminderungsventil und gesteigerter The guide vanes of the guide unit ensure that a rotating fluid flow moves through the pressure reducing valve or that a swirl is imposed on the flow, whereby the flow dynamics can be optimally exploited and the flow speed of the fluid on the way through the pressure reducing valve either increases or at least does not decrease. Because the flow regulator is designed as a guide unit with guide vanes, the no-flow boundary shifts at the edge of the central fluid flow. This leads to a lower differential speed between the main fluid flow and the outermost edge of the fluid flow, which results in a lower shear force and leads to a lower pressure drop due to reduced friction. Therefore, a flow regulator according to the invention advantageously leads to an increased flow speed through the pressure reducing valve and increased
Fluidausbringung aus dem Druckminderungsventil. Fluid discharge from the pressure reducing valve.
Eine besonders effektive mechanische Kopplung zwischen der Durchflussregelungsvorrichtung und der Membran bei gleichzeitig optimierter Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms in Richtung des Ventilsitzes bzw. des Ventilspalts kann erzielt werden, wenn die Durchflussregelungsvorrichtung einen zentralen Ventilkolben umfasst, wobei der Strömungsregler am Ventilkolben angeordnet ist und wobei die Membran mit dem Ventilkolben verbunden ist. A particularly effective mechanical coupling between the flow control device and the membrane with simultaneously optimized flow velocity of the fluid flow in the direction of the valve seat or the valve gap can be achieved if the flow control device comprises a central valve piston, wherein the flow regulator is arranged on the valve piston and wherein the membrane is connected to the valve piston.
Eine weitere Verbesserung der Strömungscharakteristik des Fluidstroms durch das Druckminderungsventil kann erzielt werden, wenn die Achse der Leiteinheit parallel zur Längsachse des Ventilkolbens ausgerichtet ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Achse der Leiteinheit und die Längsachse des Ventilkolbens identisch sind. A further improvement in the flow characteristics of the fluid flow through the pressure reducing valve can be achieved if the axis of the guide unit is aligned parallel to the longitudinal axis of the valve piston, wherein it is particularly provided that the axis of the guide unit and the longitudinal axis of the valve piston are identical.
Um besonders zuverlässig einen sich drehenden Fluidstrom im Druckminderungsventil zu erzielen, kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Leitschaufeln der Leiteinheit zumindest abschnittsweise in einem Winkel zur Strömungsrichtung geneigt sind, sodass eine helixförmige Strömung erzeugbar ist. In order to achieve a rotating fluid flow in the pressure reducing valve in a particularly reliable manner, it can be provided that the individual guide vanes of the guide unit are inclined at least in sections at an angle to the flow direction, so that a helical flow can be generated.
Eine weiter verbesserte Nutzung der Strömungsdynamik zur Steigerung der A further improved use of fluid dynamics to increase the
Fließgeschwindigkeit und Wasserausbringung, kann erzielt werden, wenn einzelne Leitschaufeln der Leiteinheit von der Achse der Leiteinheit ausgehend radial nach außen Flow velocity and water output can be achieved if individual guide vanes of the guide unit are directed radially outwards from the axis of the guide unit.
Zur besonders wirksamen Reduktion von Turbulenzen an der Membran kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Leitschaufeln der Leiteinheit zumindest abschnittsweise einen annähernd V-förmigen Querschnitt und/oder eine Querschnittsfläche mit der Form eines gleichschenkeligen Trapezes aufweisen. For a particularly effective reduction of turbulence on the membrane, it can be provided that the individual guide vanes of the guide unit have, at least in sections, an approximately V-shaped cross-section and/or a cross-sectional area with the shape of an isosceles trapezoid.
Um eine Rotationswirkung bedingt durch auf die Leiteinheit einwirkende Rotationskräfte effizient zu unterbinden, kann der Ventilkolben im Bereich der Leiteinheit eine Verdrehsicherung aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Ventilkolben an einem Umfangsabschnitt gerippt ausgebildet ist, wobei die Rippen sich in Richtung der Längsachse des Ventilkolbens erstrecken. In order to efficiently prevent a rotational effect caused by rotational forces acting on the guide unit, the valve piston can have an anti-twisting device in the region of the guide unit, wherein it is provided in particular that the valve piston is ribbed on a peripheral section, wherein the ribs extend in the direction of the longitudinal axis of the valve piston.
Eine besonders exakte Einstellung des abflussseitigen Drucks, bzw. des Hinterdrucks, bei gleichzeitig besonders exakter Regulierung des Fluidstroms durch das Druckminderungsventil kann erzielt werden, wenn das Ventilgehäuse eine Einstellvorrichtung, insbesondere eine Feder, zur Regulierung des Durchflusses umfasst, mit der eine Kraft auf die von der Durchflussregelungsvorrichtung (6) abgewandte Seite der Membran übertragbar ist. A particularly precise setting of the discharge-side pressure, or the back pressure, with simultaneous particularly precise regulation of the fluid flow through the pressure reducing valve can be achieved if the valve housing comprises an adjustment device, in particular a spring, for regulating the flow, with which a force can be transmitted to the side of the membrane facing away from the flow control device (6).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch The invention is described schematically below using particularly advantageous, but not restrictive, embodiments in the drawings.
dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. and is described by way of example with reference to the drawings.
Im Folgenden zeigen schematisch: The following shows schematically:
Fig. 2 eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils aus Fig. 1, Fig. 2 is a further sectional view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 3 is a plan view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 4 eine Prinzipskizze für die Funktionsweise eines Druckminderungsventils, Fig. 4 a schematic diagram of the functioning of a pressure reducing valve,
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines aus dem Stand der Technik bekannten Druckminderungsventils, Fig. 5 is a sectional view of an embodiment of a pressure reducing valve known from the prior art,
Fig. 6 eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils aus Fig. 1, Fig. 6 is a further sectional view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 7 schematisch angedeutet der Strömungsverlauf in Richtung der Membran beim bekannten Druckminderungsventil aus Fig. 5, Fig. 7 schematically shows the flow pattern in the direction of the membrane in the known pressure reducing valve from Fig. 5,
Fig. 8 schematisch angedeutet der Strömungsverlauf in Richtung der Membran beim erfindungsgemäßen Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 8 schematically shows the flow pattern in the direction of the membrane in the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 9 eine Detailansicht des Bereichs des Ventilsitzes beim bekannten Druckminderungsventil aus Fig. 5, Fig. 9 is a detailed view of the valve seat area of the known pressure reducing valve from Fig. 5,
Fig. 10 eine Detailansicht des Bereichs des Ventilsitzes beim erfindungsgemäßen Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 10 is a detailed view of the area of the valve seat in the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 11 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils aus Fig. 1 mit angedeuteten Fluidströmungsrichtungen, Fig. 11 is a side view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1 with indicated fluid flow directions,
Fig. 12 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Druckminderungsventil aus Fig. 1 mit angedeuteten Fluidströmungsrichtungen, Fig. 12 is a plan view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1 with indicated fluid flow directions,
Fig. 13 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 13 is an exploded view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 14 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils aus Fig. 1, Fig. 15 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 14 is a side view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1, Fig. 15 is a plan view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 16 eine weitere Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 16 is a further sectional view through the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 17 eine weitere Seitenansicht des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils aus Fig. 1, Fig. 17 is a further side view of the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 18a eine erste Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsreglers, Fig. 18b eine Draufsicht eines bekannten Strömungsreglers, Fig. 18a is a first view of a flow regulator known from the prior art, Fig. 18b is a plan view of a known flow regulator,
Fig. 19a eine erste Ansicht einer erfindungsgemäßen Leiteinheit, Fig. 19a is a first view of a guide unit according to the invention,
Fig. 19b eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Leiteinheit, Fig. 19b is a plan view of a guide unit according to the invention,
Fig. 20 eine partielle Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leiteinheit, Fig. 20 is a partial sectional view of a guide unit according to the invention,
Fig. 21 eine Schnittansicht einer am Ventilkolben montierten erfindungsgemäßen Leiteinheit, Fig. 21 is a sectional view of a guide unit according to the invention mounted on the valve piston,
Fig. 22a eine Seitenansicht der Leitschaufeln der Leiteinheit aus Fig. 19a mit Schnittlagen, Fig. 23b eine erste Schnittansicht durch die Leitschaufeln aus Fig. 23a, Fig. 22a is a side view of the guide vanes of the guide unit from Fig. 19a with sectional views, Fig. 23b is a first sectional view through the guide vanes from Fig. 23a,
Fig. 23c eine zweite Schnittansicht durch die Leitschaufeln aus Fig. 23a, Fig. 23c a second sectional view through the guide vanes from Fig. 23a,
Fig. 23d eine dritte Schnittansicht durch die Leitschaufeln aus Fig. 23a, Fig. 23d is a third sectional view through the guide vanes of Fig. 23a,
Fig. 24a eine Draufsicht der Leitschaufeln der Leiteinheit aus Fig. 19a mit Schnittlagen, Fig. 24b eine erste Schnittansicht durch die Leitschaufeln aus Fig. 24a, Fig. 24a is a plan view of the guide vanes of the guide unit from Fig. 19a with sectional positions, Fig. 24b is a first sectional view through the guide vanes from Fig. 24a,
Fig. 24c eine zweite Schnittansicht durch die Leitschaufeln aus Fig. 24a, Fig. 24c a second sectional view through the guide vanes from Fig. 24a,
Fig. 24d eine dritte Schnittansicht durch die Leitschaufeln aus Fig. 24a, Fig. 24d is a third sectional view through the guide vanes of Fig. 24a,
Fig. 24e eine weitere Ansicht einer erfindungsgemäßen Leiteinheit, Fig. 24e is a further view of a guide unit according to the invention,
Fig. 25 ein Diagramm des Hinterdrucks p [bar] aufgetragen gegen den Durchfluss f [l/sec] für das bekannte Druckminderungsventil aus Fig. 5, Fig. 25 a diagram of the outlet pressure p [bar] plotted against the flow rate f [l/sec] for the known pressure reducing valve from Fig. 5,
Fig. 26 ein Diagramm des Hinterdrucks p [bar] aufgetragen gegen den Durchfluss f [l/sec] für das erfindungsgemäße Druckminderungsventil aus Fig. 1, Fig. 26 is a diagram of the back pressure p [bar] plotted against the flow rate f [l/sec] for the pressure reducing valve according to the invention from Fig. 1,
Fig. 27 ein Diagramm des Hinterdrucks p [bar] aufgetragen gegen den Durchfluss f [l/sec]. Fig. 27 is a diagram of the back pressure p [bar] plotted against the flow rate f [l/sec].
Erfindungsgemäßes Druckminderungsventil 100 Pressure reducing valve according to the invention 100
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100 zur Volumenstromregelung dargestellt. Fig. 2, 3, 6, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 zeigen weitere Ansichten des Druckminderungsventils 100 aus Fig. 1. Fig. 8 und Fig. 10 zeigen Detailansichten des erfindungsgemäßen Druckminderungsventiss aus Fig. 1. Typischerweise dient ein derartiges Druckminderungsventils 100 dazu, beispielsweise Installationen in privaten Haushalten vor zu hohem Druck zu schützen, der in den Zuleitungen zu den Haushalten herrscht (siehe Fig. 4). Das Ventilgehäuse 1 eines derartigen Druckminderungsventils 100 kann beispielsweise aus zinkfreiem Messing gefertigt sein. Fig. 1 shows an embodiment of a pressure reducing valve 100 according to the invention for volume flow control. Fig. 2, 3, 6, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 show further views of the pressure reducing valve 100 according to the invention from Fig. 1. Fig. 8 and Fig. 10 show detailed views of the pressure reducing valve 100 according to the invention from Fig. 1. Typically, such a pressure reducing valve 100 is used to protect, for example, installations in private households from excessive pressure that prevails in the supply lines to the households (see Fig. 4). The valve housing 1 of such a pressure reducing valve 100 can be made of zinc-free brass, for example.
Das Druckminderungsventil 100 umfasst im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein Ventilgehäuse 1, das von einem Fluid, typischerweise Trinkwasser, durchströmbar ist. Das Ventilgehäuse 1 weist dazu zum Anschluss an eine Fluidleitung einen zuflussseitigen Eingangsanschluss 2 und einen abflussseitigen Ausgangsanschluss 3 auf (siehe Fig. 11 und Fig. 12 mit durch Pfeile angedeutetem Strömungsverlauf in das Druckminderungsventil 100 bzw. aus diesem heraus). Das erfindungsgemäße Druckminderungsventil 100 umfasst im Ausführungsbeispiel eine Durchflussregelungsvorrichtung 6 mit einem zentralen The pressure reducing valve 100 comprises in the embodiment of Fig. 1 a valve housing 1 through which a fluid, typically drinking water, can flow. The valve housing 1 has an inflow-side inlet connection 2 and an outflow-side outlet connection 3 for connection to a fluid line (see Fig. 11 and Fig. 12 with the flow path into the pressure reducing valve 100 or out of it indicated by arrows). The pressure reducing valve 100 according to the invention comprises in the embodiment a flow control device 6 with a central
Ventilkolben 10, sowie einen Ventilsitz 4. Valve piston 10 and a valve seat 4.
Die Membran 5 stellt die Größe des Ventilspalts 8 zwischen dem Ventilsitz 4 und der Durchflussregelungsvorrichtung 6 in Abhängigkeit von dem über den Kanal 7 übertragenen Druck durch Verstellung der Durchflussregelungsvorrichtung 6 in Richtung der Längsachse des Druckminderungsventils 100 ein. Die Membran 5 ist entlang ihres Umfangs im Ventilgehäuse 1 eingespannt und von ihrem Umfang aus radial nach innen flexibel ausgebildet. Dadurch ist die Membran 5 in Richtung der Längsachse des Ventilkolbens 10 mit dem Ventilkolben 10 hin und her bewegbar. Durch den über den Kanal 7 übertragenen Druck des Fluids im abflussseitigen Bereich wird eine Membrankraft auf derjenigen Seite der Membran 5 erzeugt, die der Durchflussregelungsvorrichtung 6 zugewandt ist. Diese Membrankraft ist der auf die andere Seite der Membran 5 wirkenden Federkraft entgegen gerichtet. The membrane 5 sets the size of the valve gap 8 between the valve seat 4 and the flow control device 6 depending on the pressure transmitted via the channel 7 by adjusting the flow control device 6 in the direction of the longitudinal axis of the pressure reducing valve 100. The membrane 5 is clamped along its circumference in the valve housing 1 and is designed to be flexible radially inward from its circumference. As a result, the membrane 5 can be moved back and forth with the valve piston 10 in the direction of the longitudinal axis of the valve piston 10. The pressure of the fluid in the outflow side area transmitted via the channel 7 generates a membrane force on the side of the membrane 5 that faces the flow control device 6. This membrane force is directed counter to the spring force acting on the other side of the membrane 5.
Dies bedeutet, dass bei Entnahme von Wasser am Abflussanschluss 3 der Fluiddruck im abflussseitigen Bereich und somit die Membrankraft abnimmt und die Federkraft diese übersteigt, sodass sich der Ventilspalt 8 öffnet. Der Fluiddruck im abflussseitigen Bereich steigt dann solange an, bis die Membrankraft und die Federkraft einander wieder ausgleichen. Bei Ausgleich zwischen Membrankraft und Federkraft nimmt die Membran 5 mit dem mit der Membran 5 verbundenen Ventilkolben 10 eine definierte axiale Position in Abhängigkeit vom vorliegenden Fluiddruck ein. This means that when water is removed from the drain connection 3, the fluid pressure in the drain-side area and thus the diaphragm force decreases and the spring force exceeds this, so that the valve gap 8 opens. The fluid pressure in the drain-side area then increases until the diaphragm force and the spring force balance each other out again. When the diaphragm force and the spring force balance each other out, the diaphragm 5 with the valve piston 10 connected to the diaphragm 5 assumes a defined axial position depending on the existing fluid pressure.
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Wasserverbrauch gesenkt werden. Water consumption can be reduced.
Die Durchflussregelungsvorrichtung 6 reicht im Ausführungsbeispiel in einen Filter 15 und im Bereich der Leiteinheit 8 ist ein Dichtungselement wie z.B. einem O-Ring 16 zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Durchflussregelungsvorrichtung 6 angeordnet, um zu verhindern, dass das Fluid aus dem Bereich des Filters 15 außerhalb der Leiteinheit 8 in Richtung des Ventilspalts 8 strömt. In the exemplary embodiment, the flow control device 6 extends into a filter 15 and in the area of the guide unit 8, a sealing element such as an O-ring 16 is arranged between the valve housing 1 and the flow control device 6 in order to prevent the fluid from the area of the filter 15 from flowing outside the guide unit 8 in the direction of the valve gap 8.
Bekanntes Druckminderungsventil 100° mit bekanntem Strömungsregler 17° Known pressure reducing valve 100° with known flow regulator 17°
In Fig. 5 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Druckminderungsventil 100‘ dargestellt. Detailansichten des bekannten Druckminderungsventils 100‘ sind in Fig. 7 und Fig. 9 dargestellt. Der grundlegende Aufbau des bekannten Druckminderungsventils 100‘ entspricht im Wesentlichen dem zuvor erläuterten Aufbau eines erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100. Fig. 5 shows a pressure reducing valve 100' known from the prior art. Detailed views of the known pressure reducing valve 100' are shown in Fig. 7 and Fig. 9. The basic structure of the known pressure reducing valve 100' essentially corresponds to the previously explained structure of a pressure reducing valve 100 according to the invention.
Die Durchflussregelungsvorrichtung 6‘ des bekannten Druckminderungsventils 100‘ weist weiters einen Strömungsregler 17‘ auf. Fig. 18a zeigt eine Schrägansicht des Strömungsreglers 17‘ und Fig. 18b zeigt eine Ansicht normal zur Strömungsrichtung. Der Strömungsregler 17‘ des bekannten Druckminderungsventils 100° weist einen hohlzylindrischen Zentralkörper 172‘ auf, der mit einer Anzahl von gerade verlaufenden Stegen 91‘ mit einem Außenkörper 173‘ mit ebenfalls hohlzylindrischer Gestalt verbunden ist. Der Strömungsregler 17° des bekannten Druckminderungsventils 100‘ ist über seinen Außenkörper 173‘ in einen rohrförmigen Abschnitt, insbesondere unmittelbar vor dem Ventilsitz 4‘, in eine entsprechende Ausnehmung eingesteckt bzw. eingepresst. Die Ausgestaltung des Strömungsreglers 17° des bekannten Druckminderungsventils 100‘ mit gerade verlaufenden Stegen 171‘ hat jedoch keinerlei positiven Einfluss auf die Fließgeschwindigkeit des Fluids durch das bekannte Druckminderungsventil 100°, worauf The flow control device 6' of the known pressure reducing valve 100' further comprises a flow regulator 17'. Fig. 18a shows an oblique view of the flow regulator 17' and Fig. 18b shows a view normal to the direction of flow. The flow regulator 17' of the known pressure reducing valve 100° comprises a hollow cylindrical central body 172' which is connected by a number of straight webs 91' to an outer body 173' which is also hollow cylindrical in shape. The flow regulator 17° of the known pressure reducing valve 100' is inserted or pressed into a corresponding recess in a tubular section via its outer body 173', in particular directly in front of the valve seat 4'. However, the design of the flow regulator 17° of the known pressure reducing valve 100' with straight webs 171' has no positive influence on the flow rate of the fluid through the known pressure reducing valve 100°, whereupon
weiter unten noch näher eingegangen wird. will be discussed in more detail below.
Erfindungsgemäße Leiteinheit 9 mit Leitschaufeln 91 Inventive guide unit 9 with guide vanes 91
Die einzelnen Leitschaufeln 91 der Leiteinheit 9 eines erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100 sind zumindest abschnittsweise in einem Winkel zur Strömungsrichtung geneigt, sodass eine helixförmige bzw. spiralförmige Strömung entsteht, wenn das Fluid durch die Leiteinheit 9 strömt. Fig. 24b-24d zeigen in diesem Zusammenhang den Verlauf einzelner Leitschaufeln 91 in Strömungsrichtung an drei, in Fig. 24a gezeigten Schnittpositionen (S1-S1, S2-S2, S3-S3) durch die Leiteinheit 9 (siehe Fig. 24e). The individual guide vanes 91 of the guide unit 9 of a pressure reducing valve 100 according to the invention are inclined at least in sections at an angle to the flow direction, so that a helical or spiral flow is created when the fluid flows through the guide unit 9. In this context, Fig. 24b-24d show the course of individual guide vanes 91 in the flow direction at three cutting positions shown in Fig. 24a (S1-S1, S2-S2, S3-S3) through the guide unit 9 (see Fig. 24e).
Die einzelnen Leitschaufeln 91 der Leiteinheit 9 verlaufen von der Achse der Leiteinheit 9 ausgehend radial nach außen und weisen in Strömungsrichtung des Fluids (siehe Fig. 23a) und/oder radial einen gebogenen bzw. gekrümmten Verlauf auf. Dies bedeutet, die einzelnen Leitschaufeln 91 weisen keine ebene, sondern eine gekrümmte Fläche auf und sind zusätzlich auch noch in Strömungsrichtung gebogen, ähnlich wie dies bei Leitschaufeln einer Turbine der Fall ist. Fig. 23b-23d zeigen in diesem Zusammenhang die Querschnittsfläche der Leitschaufeln 91 an drei, in Fig. 23a gezeigten Schnittpositionen (T1-T1, T2-T2, T3-T3) an unterschiedlicher Position in Strömungsrichtung (siehe Fig. 23a). The individual guide vanes 91 of the guide unit 9 run radially outwards from the axis of the guide unit 9 and have a bent or curved course in the flow direction of the fluid (see Fig. 23a) and/or radially. This means that the individual guide vanes 91 do not have a flat surface, but rather a curved surface and are also bent in the flow direction, similar to the case with guide vanes of a turbine. In this context, Fig. 23b-23d show the cross-sectional area of the guide vanes 91 at three cutting positions shown in Fig. 23a (T1-T1, T2-T2, T3-T3) at different positions in the flow direction (see Fig. 23a).
Wie in den Fig. 23a-23d und Fig. 24a-24e ersichtlich ist, weisen die einzelnen Leitschaufeln 91 der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Leiteinheit 9 einen schraubenförmigen bzw. helixförmigen Verlauf auf und die einzelnen Leitschaufeln 91 sind in Art einer Kurve, die sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines Zylinders windet, angeordnet. Wie in Fig. 23a-23d und Fig. 23a-23e zu erkennen ist, bilden die Leitschaufeln 91 nur einen kurzen Abschnitt einer derartigen Kurve ab, was aber dennoch ausreicht, um eine helixförmige bzw. spiralförmige Strömung zu erzeugen, die die zuvor genannten, positiven Strömungseigenschaften im erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 erzeugt. Die Windungsrichtung ist dabei für die Funktionsweise nicht erheblich, solange alle Leitschaufeln 91 dieselbe Windungsrichtung aufweisen. As can be seen in Fig. 23a-23d and Fig. 24a-24e, the individual guide vanes 91 of the illustrated preferred embodiment of the guide unit 9 have a screw-shaped or helical course and the individual guide vanes 91 are arranged in the manner of a curve that winds around the jacket of a cylinder with a constant slope. As can be seen in Fig. 23a-23d and Fig. 23a-23e, the guide vanes 91 only form a short section of such a curve, which is nevertheless sufficient to generate a helical or spiral flow that produces the aforementioned positive flow properties in the pressure reduction valve 100 according to the invention. The winding direction is not important for the functionality as long as all guide vanes 91 have the same winding direction.
wird. becomes.
Durch die Leitschaufeln 91 der Leiteinheit 9 eines „erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100 wird erzielt, dass sich ein sich drehender Fluidstrom durch das Druckminderungsventil 100 bewegt, wodurch sich die Strömungsdynamik optimal ausnutzen lässt und die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf dem Weg durch das Druckminderungsventil 100 entweder zunimmt oder zumindest nicht abnimmt. Durch die gebogenen, geneigten Leitschaufeln 91 wird die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Haupt-Fluidstrom und dem äußersten Rand des Fluidstroms geringer, was in einer geringeren Scherkraft resultiert und zu einem geringeren Druckabfall aufgrund reduzierter Reibung führt. Daher wird die erhöhten Fließgeschwindigkeit durch ein erfindungsgemäßes Druckminderungsventil 100 im Vergleich zu einem bekannten Druckminderungsventil 100‘ erhöht und die Fluidausbringung gesteigert. The guide vanes 91 of the guide unit 9 of a pressure reducing valve 100 according to the invention ensure that a rotating fluid flow moves through the pressure reducing valve 100, whereby the flow dynamics can be optimally utilized and the flow velocity of the fluid on the way through the pressure reducing valve 100 either increases or at least does not decrease. The curved, inclined guide vanes 91 reduce the differential speed between the main fluid flow and the outermost edge of the fluid flow, which results in a lower shear force and leads to a lower pressure drop due to reduced friction. Therefore, the increased flow velocity is increased by a pressure reducing valve 100 according to the invention in comparison to a known pressure reducing valve 100' and the fluid output is increased.
Fig. 8 zeigt den Strömungsverlauf - angedeutet als schwarze Linie - in Richtung der Membran 5 bei einem erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100, während Fig. 7 den Strömungsverlauf bei einem bekannten Druckminderungsventil 100‘ zeigt. Aus diesen Figuren wird deutlich, dass bei einem erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 weniger Turbulenzen an der Membran 5 auftreten, als bei einem bekannten Druckminderungsventil 100‘. Diese Vermindung von Turbulenzen ist durch die spezielle Form der erfindungsgemäßen Leitschaufeln 91 bedingt, die dem durchströmenden Fluid einen Drall aufzwingen, was zu einem konstanteren Fluss durch das Druckminderungsventil 100 führt. Wie in Fig. 23b bis 23d ersichtlich ist, weisen die Leitschaufeln 91 im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel hierfür zusätzlich im Querschnitt zumindest abschnittsweise eine V-Form bzw. die Form eines gleichschenkeligen Trapezes auf. Fig. 8 shows the flow path - indicated as a black line - in the direction of the membrane 5 in a pressure reducing valve 100 according to the invention, while Fig. 7 shows the flow path in a known pressure reducing valve 100'. It is clear from these figures that in a pressure reducing valve 100 according to the invention, less turbulence occurs at the membrane 5 than in a known pressure reducing valve 100'. This reduction in turbulence is due to the special shape of the guide vanes 91 according to the invention, which impose a swirl on the fluid flowing through, which leads to a more constant flow through the pressure reducing valve 100. As can be seen in Fig. 23b to 23d, the guide vanes 91 in the preferred embodiment shown additionally have a V-shape or the shape of an isosceles trapezoid in cross-section, at least in sections.
Die Leiteinheit 9 des erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, Fig. 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 derart am Ventilkolben 10 angeordnet, dass die Achse der Leiteinheit 9 parallel zur Längsachse des Ventilkolbens 10 ausgerichtet ist und die beiden Achsen zusammenfallen bzw. identisch sind. In the embodiment of Fig. 1, Fig. 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, the guide unit 9 of the pressure reducing valve 100 according to the invention is arranged on the valve piston 10 in such a way that the axis of the guide unit 9 is aligned parallel to the longitudinal axis of the valve piston 10 and the two axes coincide or are identical.
Der Ventilkolben 10 weist im Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 21 und 22 dargestellt ist, im Bereich der Leiteinheit 9 eine Verdrehsicherung auf, um die im Vergleich zum bekannten In the embodiment shown in Fig. 21 and 22, the valve piston 10 has an anti-twisting device in the area of the guide unit 9 in order to prevent the
Strömungsregler 17° aus Fig. 18a und 18b signifikant höher ist, sodass Kräfte auf die Leiteinheit 9 einwirken, die eine Rotation der Leiteinheit 9 um ihre eigene Achse bewirken würden. Dies wird durch die Verdrehsicherung am Ventilkolben 10 effektiv verhindert. Als besonders zuverlässige Verdrehsicherung ist im Ausführungsbeispiel der Ventilkolben 10 im Bereich der Leiteinheit 9 gerippt ausgebildet und die Rippen 12 erstrecken sich in Richtung der Längsachse des Ventilkolbens 10. Flow regulator 17° from Fig. 18a and 18b is significantly higher, so that forces act on the guide unit 9 that would cause the guide unit 9 to rotate about its own axis. This is effectively prevented by the anti-twist device on the valve piston 10. As a particularly reliable anti-twist device, the valve piston 10 is ribbed in the area of the guide unit 9 in the exemplary embodiment and the ribs 12 extend in the direction of the longitudinal axis of the valve piston 10.
Weiters ist durch die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100 der Hub bzw. der Ventilspalt 8 auch größer als beim bekannten Druckminderungsventil 100 der Fig. 5, 7, 9. So ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, Fig. 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 der Ventilspalt 8 5,1 mm groß, während er Ventilspalt 8‘ beim bekannten Druckminderungsventil 100‘ lediglich 2,4 mm groß ist. Furthermore, due to the design of a pressure reducing valve 100 according to the invention, the stroke or the valve gap 8 is also larger than in the known pressure reducing valve 100 of Fig. 5, 7, 9. Thus, in the embodiment of Fig. 1, Fig. 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, the valve gap 8 is 5.1 mm, while the valve gap 8' in the known pressure reducing valve 100' is only 2.4 mm.
Diese Vergrößerung des Ventilspalts 8 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckminderungsventils 100 durch eine Umgestaltung der Durchflussregelungsvorrichtung 6 im Vergleich zum bekannten Druckminderungsventil 100‘ erzielt. Wie insbesondere in Fig. 1 und Fig. 6 ersichtlich ist, wurde der Bereich des Ventilsitzes 4 im Vergleich zum bekannten Druckminderungsventil 100° bei ansonsten gleichem Aufbau in die Länge gezogen, sodass die Leiteinheit 9 weiter von der Membran 5 beabstandet bzw. entfernt ist, als Strömungsregler 17‘ von der Membran 5‘ des bekannten Druckminderungsventils 100‘. Diese Vergrößerung des Ventilspalts 8 verstärkt die durch die Ausgestaltung der Leitschaufeln 91 der Leiteinheit 9 erzeugten, positiven Strömungseigenschaften noch zusätzlich. This enlargement of the valve gap 8 is achieved in the illustrated embodiment of a pressure reducing valve 100 according to the invention by redesigning the flow control device 6 in comparison to the known pressure reducing valve 100'. As can be seen in particular in Fig. 1 and Fig. 6, the area of the valve seat 4 has been elongated by 100° in comparison to the known pressure reducing valve, with the structure otherwise being the same, so that the guide unit 9 is further away from the membrane 5 than the flow regulator 17' is from the membrane 5' of the known pressure reducing valve 100'. This enlargement of the valve gap 8 further enhances the positive flow properties generated by the design of the guide vanes 91 of the guide unit 9.
Versuchsergebnisse Test results
In Fig. 25 sind Versuchsergebnisse mit einem bekannten Druckminderungsventil 100‘ mit einem bekannten Strömungsregler 17° mit gerade verlaufenden Stegen 171‘ (siehe Fig. 18a, 18b) bei verschiedenen Eingangsdrücken Pein von 6 bar, 8 bar, und 16 bar dargestellt. Auf der x-Achse ist jeweils den Durchfluss f in [/sec] aufgetragen, während auf der y-Achse der Hinterdruck p in [bar] aufgetragen ist. Durchfluss f und Hinterdruck p wurden nach DINEN-1567 bestimmt. Die durchgezogenen schwarzen Linien geben die MIN- und MAXGrenzen an, zwischen denen ein Druckminderungsventil gemäß DIN-EN-1567 als akzeptabel angesehen wird. Fig. 25 shows test results with a known pressure reducing valve 100' with a known flow regulator 17° with straight webs 171' (see Fig. 18a, 18b) at different inlet pressures Pein of 6 bar, 8 bar, and 16 bar. The flow rate f in [/sec] is plotted on the x-axis, while the outlet pressure p in [bar] is plotted on the y-axis. Flow rate f and outlet pressure p were determined according to DINEN-1567. The solid black lines indicate the MIN and MAX limits between which a pressure reducing valve according to DIN-EN-1567 is considered acceptable.
Wie in Fig. 25 zu erkennen ist, kommt es beim bekannten Druckminderungsventil 100‘ mit einem Strömungsregler 17‘ mit gerade verlaufenden Stegen 171‘, wie er in Fig. 18a, 18b As can be seen in Fig. 25, the known pressure reducing valve 100' with a flow regulator 17' with straight webs 171', as shown in Fig. 18a, 18b
dargestellt ist, zu einem starken Druckabfall zwischen dem Eingangsanschluss 2‘ und dem Ausgangsanschluss 3‘ des Druckminderungsventils 100‘. shown, there is a strong pressure drop between the inlet port 2' and the outlet port 3' of the pressure reducing valve 100'.
Fig. 26 zeigt Versuchsergebnisse mit einem erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 mit einer Leiteinheit 9 mit Leitschaufeln 91 mit einem schraubenförmigen bzw. helixförmigen Verlauf (siehe Fig. 19a, 19b) bei den Eingangsdrücken Pein von 6 bar, 8 bar, und 16 bar. Auf der x-Achse ist wieder den Durchfluss f in [/sec] aufgetragen und auf der y-Achse der Hinterdruck p in [bar]. Durchfluss f und Hinterdruck p wurden nach DIN-EN1567 bestimmt. Fig. 26 shows test results with a pressure reducing valve 100 according to the invention with a guide unit 9 with guide vanes 91 with a screw-shaped or helical course (see Fig. 19a, 19b) at the inlet pressures Pein of 6 bar, 8 bar, and 16 bar. The flow rate f in [/sec] is again plotted on the x-axis and the outlet pressure p in [bar] on the y-axis. The flow rate f and outlet pressure p were determined according to DIN-EN1567.
Fig. 27 zeigt einen direkten Vergleich zwischen dem Hinterdruck p [bar] aufgetragen gegen den Durchfluss f [l/sec] bei: Fig. 27 shows a direct comparison between the outlet pressure p [bar] plotted against the flow rate f [l/sec] at:
- Kurve A: einem erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 mit einer Leiteinheit 9 mit Leitschaufeln 91 mit einem schraubenförmigen bzw. helixförmigen Verlauf wie in Fig. 19a, 19b dargestellt und - Curve A: a pressure reducing valve 100 according to the invention with a guide unit 9 with guide vanes 91 with a screw-shaped or helical course as shown in Fig. 19a, 19b and
- Kurve B: einem bekannten Druckminderungsventil mit einem Strömungsregler 17‘ - Curve B: a known pressure reducing valve with a flow regulator 17'
mit gerade verlaufenden Stegen 171‘, wie in Fig. 18a, 18b dargestellt. with straight webs 171', as shown in Fig. 18a, 18b.
Wie in Fig. 26 und Fig. 27zu erkennen ist, kommt es beim erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 durch die Installation einer Leiteinheit 9 mit Leitschaufeln 91 mit einem schraubenförmigen bzw. helixförmigen Verlauf (siehe Fig. 19a, 19b) zu einem wesentlich geringeren Druckabfall zwischen dem Eingangsanschluss 2 und dem Ausgangsanschluss 3. As can be seen in Fig. 26 and Fig. 27, in the pressure reducing valve 100 according to the invention, the installation of a guide unit 9 with guide vanes 91 with a screw-shaped or helical course (see Fig. 19a, 19b) results in a significantly lower pressure drop between the inlet connection 2 and the outlet connection 3.
Diese Verbesserung der Ventilperformance bei einem erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 kann durch eine Messung des Kvs-Werts überprüft werden, der die Durchflussmenge in einem Ventil bei vollständig geöffneter Ventilposition und einem Druckdifferential von 1 bar angibt. Der Kvs-Wert ist ein Sonderfall des Kv-Werts, der Durchflussmenge in einem Ventil bei einer vorgegebenen Ventilposition und einem This improvement in valve performance in a pressure reducing valve 100 according to the invention can be checked by measuring the Kvs value, which indicates the flow rate in a valve at a fully open valve position and a pressure differential of 1 bar. The Kvs value is a special case of the Kv value, the flow rate in a valve at a given valve position and a
Druckdifferential von 1 bar angibt. pressure differential of 1 bar.
Der Kvs-Wert ist bei einem erfindungsgemäßen Druckminderungsventil 100 etwa 50% höher, als bei einem bekannten Druckminderungsventil 100‘. So wurde für ein erfindungsgemäßes Druckminderungsventil 100 ein Kvs-Wert von 5,6 ermittelt, während bei einem bekannten Druckminderungsventil 100‘ ein Kvs-Wert von 3,7 ermittelt wurde. The Kvs value is approximately 50% higher for a pressure reducing valve 100 according to the invention than for a known pressure reducing valve 100'. For example, a Kvs value of 5.6 was determined for a pressure reducing valve 100 according to the invention, while a Kvs value of 3.7 was determined for a known pressure reducing valve 100'.
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