-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Regulierventil für
Wasserzirkulationssysteme nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein
derartiges Regulierventil ist beispielsweise aus der
DE 298 05 921.5 bekannt.
-
In Wasserversorgungsanlagen mit großen Leitungslängen zwischen
Warmwasserbereitungsgerät
und Zapfstellen, beispielsweise in mehrstöckigen Gebäuden, wird parallel zu den
einzelnen Steigleitungen eine Zirkulationsleitung verlegt, wobei
die Zirkulationsleitung einerseits mit der Steigleitung und andererseits
mit dem Warmwasserbereiter verbunden ist. Dadurch lässt sich
eine Zirkulation des Warmwassers über den größten Teil der Versorgungsleitung
erzielen, so dass bei der Entnahme von Warmwasser aus der Warmwasserversorgungsanlage
nur noch verhältnismäßig kleine
Wassermengen ungenutzt durchlaufen müssen, bis das entnommene Wasser
die gewünschte
Temperatur aufweist.
-
Die nutzbare Wassertemperatur in
Warmwasserversorgungsnetzen liegt bevorzugt in einem Bereich von
ca. 50°C,
was einerseits für
Anwendungszwecke wie Spülen,
Waschen, Duschen völlig ausreichend
ist und zum anderen den Forderungen der Energiesparverordnung Rechnung
trägt.
Weiterhin ist bei dieser Wassertemperatur in der Warmwasserversorgung
ein Verbrühschutz
an den Auslaufarmaturen überflüssig, da
Temperaturen von 50°C noch
keine ernsthaften Verletzungen begründen.
-
Allerdings stellen diese Warmwasserversorgungsanlagen
Infektionsquellen für
die sogenannte Legionärskrankheit
dar, die insbesondere immungeschwächte ältere Menschen gefährdet. Die
Legionellen, Erreger der Legionärskrankheit,
vermehren sich stark bei Temperaturen zwischen 35 und 50°C. Die Sterilisation
der Bakterien beginnt bei etwa 60°C.
Die Vermehrung und das Überleben
der Legionellen werden auch durch Stagnation des warmen Trinkwassers
durch die Anwesenheit von schlammigen Oberflächenbelägen begünstigt.
-
Besonders stark wirkt sich dieses
Problem in weit verzweigten Warmwasseranlagen aus, wie sie beispielsweise
in Hotels, Krankenhäusern,
Altenheimen, Schwimmbädern und ähnlichen
Gebäuden existieren,
wo immer wieder Wasserleitungen bzw. Leitungsteile bestehen, die über eine
längere
Zeitdauer nicht benutzt werden oder in denen keine Zirkulation stattfindet,
so dass diese Leitungen bzw. Leitungsteile stehendes Wasser mit
einer kritischen Temperatur enthalten.
-
Um den Gefährdungen, die insbesondere
für die
vorerwähnten
Risikogruppen bestehen, durch Legionellen in Warmwasser zu begegnen,
wird das warme Wasser mit Trinkwasserqualität in besonders gefährdeten
Warmwasser-Zirkulationsnetzen, z.B. in Krankenhäusern, Altenheimen usw. auf über 50°C gehalten
und kann bei Verkeimung des Trinkwassersystems in Einzelfällen oder
periodisch auf 70°C
bis 75°C
aufgeheizt werden, um eine thermische Desinfektion durchzuführen.
-
Zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs
werden in Warmwasser-Zirkulationssystemen
thermostatisch regelnde Ventile der gattungsgemäßen Art, wie sie beispielsweise
aus der
DE 298 05 921.5
U1 , der
DE
198 34 151 C1 sowie der
EP 1 167 841 A2 bekannt sind, eingesetzt,
um den Wasser-Volumenstrom mit der gewünschten Zirkulationstemperatur
gleichmäßig auf
die einzelnen Zirkulationsstränge
des Warmwasser-Zirkulationssystems zu verteilen. Derartige Regulierventile
werden üblicherweise in
jeder Steigstrang-TWZ-Leitung (TWZ = Trinkwasser Zirkulation), und
zwar kurz vor deren Einmündung
in die Zirkulationssammelleitung, eingebaut. Die Regulierventile
stellen das hydraulische Gleichgewicht der Zirkulationsstränge untereinander
her, d.h., der Drucküberschuss
der Zirkulationspumpe wird gleichmäßig durch die Regulierventile,
die eine Drosselfunktion ausüben,
abgebaut. Dabei stellen die Regulierventile in den zirkulationspumpennahen Rohrsträngen große Differenzdrücke bei
kleinen Volumenströmen
und in den hydraulisch ungünstigen, pumpenfernen
Rohrsträngen
kleine Drücke
bei großen
Volumenströmen
ein. Auf diese Weise werden die Vorgaben der DVGW-Arbeitsblätter W551,
W552 und W553 weitgehend befolgt, dass alle Warmwasserleitungen
innerhalb des Systems gleichmäßig mit hochtemperiertem
Trinkwasser von 55 bis 60°C durchströmt werden,
so dass ein vermehrtes Wachstum von Keinem (Legionellen) in den
Wasserleitungen unterbunden wird, und alle Wasserleitungen des Leitungsnetzes
durch heißes
Trinkwasser mit einer Temperatur über 70°C thermisch desinfiziert werden können.
-
Die Praxis hat gezeigt, dass in weitverzweigten
Warmwasserzirkulationssystemen in Hotels, Krankenhäusern, Altenheimen
und ähnlichen
mehrstöckigen
Gebäuden
die Zirkulation des warmen Wassers bis zu den einzelnen Zapfstellen
in den verschiedenen Stockwerken der Gebäude gewährleistet werden muss. Der
hydraulische Abgleich im Stockwerksbereich sowie in den Abgängen zu
den Zapfstellen bzw. Nasszellen wird heute nur unzulänglich mit
statischen Ventilen durchgeführt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt
das Problem zugrunde, ein Regulierventil für ein Warmwasserzirkulationssystem
anzugeben, welches eine optimale Zirkulation des Warmwassers bis
zu den einzelnen Zapfstellen ermöglicht
und sich durch einfache Konstruktion bei hoher Regelgenauigkeit
auch bei dauerhaftem Einsatz des Regelventils auszeichnet.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Regulierventil mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Regulierventil weist in
an sich bekannter Weise ein Ventilgehäuse auf, welches den Strömungsein-
und -auslass zum Anschluss des Regulierventils an das Leitungsnetz
vorgibt. Zwischen dem Einlass und dem Auslass ist eine Regulieröffnung angeordnet,
deren Regulierquerschnitt veränderlich
ist. Hierzu weist das erfindungsgemäße Regulierventil in an sich
bekannter Weise einen Ventileinsatz mit einem Regulierkolben auf,
welcher von einem Regulierelement gestellt wird. Mit diesem Regulierkolben
wird der freie Regulierquerschnitt der Regulieröffnung in Abhängigkeit
von der Stellung des Regulierelementes verändert. Der Regulierkolben trägt ferner
ein Dichtelement, welches eine Dichtfläche ausbildet, die durch Betätigung des Regulierkolbens
an einen Ventilsitz anlegbar ist, der den Regulierkanal umgibt.
-
Das Regulierelement des Regulierventils
bewirkt eine vorbestimmte Stellgröße in Abhängigkeit von einer gemessenen
variablen Größe, die
vorzugsweise von den Bedingungen in dem Leitungsnetz abhängig ist.
Diese variable Größe ist vorzugsweise
die Temperatur des in dem Leitungsnetz fließenden Warmwassers. Das Regulierelement
bewirkt dementsprechend einen hydraulischen Abgleich in dem Regulierventil
und er möglicht
eine optimale Zirkulation des Warmwassers zu den einzelnen Zapfstellen
in einem Warmwasserzirkulationssystem, z.B. mittels Temperatursteuerung.
-
Das erfindungsgemäße Regulierventil hat darüber hinaus
ein dem Dichtelement in Richtung auf den Ventilsitzring vorgelagertes
Reinigungselement, welches durch Betätigung des Regulierkolbens
in Wirklage mit einer den Regulierquerschnitt umgebenden Wandung
des Ventilsitzringes bringbar ist.
-
Bei geeigneter Betätigung des
Regulierkolbens, beispielsweise beim vollständigen Zufahren des Regulierquerschnitts
durch Anlegen der Dichtfläche
an den Ventilsitzring wird zunächst
das dem Dichtring vorgelagerte Reinigungselement in den Regulierquerschnitt
eingeführt
und wird dort zur Einwirkung mit zumindest einer Wandung des Ventilsitzes gebracht.
Hierdurch werden eventuell sich an dem Ventilsitzring festsetzende
Verunreinigungen im Bereich des Regulierquerschnitts entfernt. Mit
dem erfindungsgemäßen Regulierventil
wird danach dauerhaft sichergestellt, dass der bei der Auslegung
des Regulierventils vorgegebene Regulierquerschnitt auch der tatsächlich für den Durchfluss
zur Verfügung
stehende Regulierquerschnitt ist. Eine Verengung des Regulierquerschnitts,
gegebenenfalls eine Verstopfung desselben durch anhaftende Verunreinigung
wird verhindert.
-
Das erfindungsgemäße Regulierventil eignet sich
somit besonders zum hydraulischen Abgleich bei sehr kleinen Durchflussmengen,
d.h. in verzweigten Stockwerkszirkulationsleitungen im Stockwerksbereich
zur optimalen Zirkulation des warmen Wassers bis zu den einzelnen
Zapfstellen einer Warmwasserversorgungsanlage.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine
Längsschnittansicht
des Ausführungsbeispiels;
-
2 den
Ausschnitt „B" gemäß 1 in vergrößerter Darstellung;
-
3 den
Ausschnitt „C" gemäß 1 in vergrößerter Darstellung;
-
4 den
Ventileinsatz des Ausführungsbeispiels
in vergrößerter Darstellung;
-
5 den
Ausschnitt „B" gemäß 4 in vergrößerter Darstellung
und
-
6 den
Ausschnitt „C" gemäß 4 in vergrößerter Darstellung.
-
Das als Unterputzventil ausgebildete
Stockwerksventil gemäß der Darstellung
in 1 für ein Warmwasser-Zirkulationssystem
umfasst ein durch die Warmwasserarmatur geregeltes, voreinstellbares Regulieroberteil 2 sowie
ein Gehäuse 4 z.B.
aus Edelstahl oder Rotguß mit
einem Strömungseinlass bildenden
Einlasskanal 5 und einen einen Strömungsauslass bildenden Auslasskanal 6.
-
Das als Geradsitzventil ausgebildete
Regulieroberteil 2 weist eine Durchgangsöffnung 8 auf,
die den Einlasskanal 5 mit dem Auslasskanal 6 verbindet und
einen Ventileinsatz 9 aufnimmt.
-
Der Ventileinsatz 9 ist
mit einem Thermostatelement 10 zum Verstellen eines Regulierkolbens 11 ausgestattet,
der mit einem einteilig mit dem zylindrischen Ventileinsatz 9 ausgebildeten
Ventilsitzring 12 zusammenwirkt, der abgedichtet in der
Durchgangsöffnung 8 gehalten
ist und einen sich in axialer Richtung 23-23 des Ventileinsatzes 9 erstreckenden
Regulieröffnung 13 vorgibt,
durch die der Einlasskanal 5 mit dem Auslasskanal 6 verbunden
ist. Der Regulierkolben 11 weist einen an seinem unteren
Ende 11a angeformten Regulierzapfen 15 auf, der
in den Regulierkanal 13 eingetaucht, wie eine Drossel wirkt.
-
Der freie Regulierquerschnitt der
Regulieröffnung 13 des
durch Längsstege 14 in
dem Ventileinsatz 9 gehaltenen Ventilsitzringes 12 ist
durch die Position des durch den Ventilsitzring 12 unter
Bildung eines Ringspaltes 17 verschiebbaren Regulierzapfens 15 regelbar.
Der Regulierkolben 11 mit dem Regulierzapfen 15 ist
durch die von der Wassertemperatur abhängige Stellhupbewegung des
Thermostatelementes 10 zwischen einem kv-Maximalwert
(maximaler Volumenstrom in m3/h bei 1 bar
Druckverlust über dem
Ventil) und dem kv-Minimalwert (minimaler
Volumenstrom in m3/h bei 1 bar Druckverlust ü ber dem Ventil)
bei einer in einem Temperaturbereich von beispielsweise 55°C bis 60°C liegenden
Betriebstemperatur voreinstellbar.
-
Das Thermostatelement 10 ist
in einem entsprechend angepassten und in dem Regulierkolben 11 ausgesparten
Aufnahmeschacht 18 aufgenommen, der an dem den Ventilsitzring 12 abgewandten oberen
Ende 11b des Regulierkolbens ausgespart ist, und stützt sich
gegen ein Widerlager 20 im Ventileinsatz 9 ab.
-
Das Widerlager 20 sitzt
in einem Gewindeelement 21 und ist in diesem zur Voreinstellung
einer Sollwerttemperatur in Richtung der Längsachse 23-23 des
Ventileinsatzes 9 entgegen der Federkraft einer in dem
Ventileinsatz angeordneten, entgegen der Stellkraft des Thermostatelementes 10 wirkenden
Haltefeder 22 des Regulierkolbens 11 verstellbar.
Diese Haltefeder 22 ist in einem abgestuften Bereich des
Aufnahmeschachtes 18 benachbart zu dem Thermostatelement 10 angeordnet
und wirkt auf dieses ein. Das Spindelelement 21 bildet
für den
Stößel 19 zwischen
dem Thermostatelement 10 und dem Widerlager 20 eine
Führung
aus.
-
Das Widerlager 20 ist durch
einen im Gewindeeingriff mit dem Spindelelement 21 stehenden
Stößel 19 und
ein Rastelement 24 gebildet. Dieses Rastelement 24 ist
aus Kunststoff gebildet, verdrehfest mit dem oberen Zapfen des Stößels 19 verbunden und
wirkt mit dem Spindelelement 21 derart zusammen, dass bei
der Voreinstellung der Temperatur durch Drehung des Stößels 19 hör- und/oder
fühlbare Rastereinstellungen
zu bemerken sind. Hierzu sind zwischen dem Spindelement 21 und
dem Rastelement 24 Rastzähne vorgesehen, durch welche
beide Teile auch gegeneinander verdrehgesichert gehalten sind. Zusätzlich können die
Teile nach Einstellen der Voreinstellung durch weitere Maßnahmen
verdrehgesichert werden, beispielsweise durch Eintropfen einer aushärtenden
Flüssigkeit
und/oder einem vorgefertigten, sich zwischen dem Rastelement 24 und dem
Spindelelement 21 erstreckenden Formschlusselement.
-
An das Ventilgehäuse 4 ist koaxial
zur Längsachse 23-23 des
Ventileinsatzes 9 ein Anschlussstutzen 25 angeformt,
an dem ein über
das Mauerwerk 26 vorstehender Unterputzschaft 27 mit einem
Zugangskanal 28 zur Voreinstellung der Ausgangstellung
des in dem Ventileinsatz 9 axial verstellbaren Regulierkolbens 11 für Wartungs-
und Repara turarbeiten angeschraubt ist. Der Unterputzschaft 27 wird
mit einer auf das Mauerwerk 26 aufsetzbaren Rosette 29 hygienisch
dicht verschlossen, die eine Öffnung
zur Aufnahme eines Betätigungselementes 30 aufweist,
welches über
eine Hohlspindel 31 verdrehfest mit dem Spindelelement 21 verbunden
ist. Das Betätigungselement 30 weist
in an sich bekannter Weise vorzugsweise eine Aufnahme für einen
Innensechskantschlüssel
auf, mit dem das Betätigungselement
in Drehung versetzt werden kann.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird der Regulierkolben 11 in
dem Ventileinsatz 9 in Richtung der Längsachse 23-23 des
Ventileinsatzes 9 geführt
und ist über
Dichtungen 32 gegenüber dem
Ventileinsatz 9 abgedichtet.
-
Zwischen den Dichtungen 32 und
dem Regulierzapfen 15 ein Dichtelement 33, welches
an seinem dem Ventilsitzring 12 benachbarten Ende einen Zylinderabschnitt 33a umfasst,
dem eine konische Dichtfläche 33b folgt.
Im Anschluss an diesen konischen Abschlussabschnitt 33b weist
das Dichtelement 33 ein vorgelagertes zylindrisches Reinigungselement 33c auf.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
bilden der konische und der zylindrische Abschnitt 33b, 33c das
Dichtelement 33 aus, das in an sich bekannter Weise mit
dem Ventilsitzring 12 zusammenwirkt, um die Regulieröffnung 13 zu
verschließen.
Das Reinigungselement 33c weist vorliegend einen Durchmesser
auf, der in etwa so groß ist, wie
der Durchmesser der Regulieröffnung 13.
Kurz vor dem Schließen
der Regulieröffnung 13 durch
Anlage der an dem konischen Abschnitt 33b ausgebildeten
Dichtfläche
gegen eine an dem Ventilsitzring 12 ausgebildete Gegenfläche, tritt
das Reinigungselement 33c in die Regulieröffnung 13 ein
und entfernt eventuell dort an dem Ventilsitzring 12 anhaftende Verunreinigungen.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Regulieröffnung 13 auch bei
einer längeren
Benutzung des Regulierventils den bei der Auslegung des Ventils
vorgegebenen und dem hydraulischen Abgleich zugrundeliegenden Regulierquerschnitt aufweist.
-
Die Übertragung der durch das Betätigungselement 30 aufgebrachten
und durch die Hohlspindel 31 übertragenen Drehbewegung in
eine axiale Verschiebung des Regulierkolbens 11 wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die 3 und 5 näher erläutert. Der 3 ist zu entnehmen, dass zwischen der Außenumfangsfläche des
Spindelementes 21 und der dieser gegenüberliegenden Innenumfangsfläche des
Ventileinsatzes
9 ein zylindrisches Gewindeformstück 34 vorgesehen
ist. Das Gewindeformstück 34 hat
eine polygonale Außenumfangsfläche und
wird in einer entsprechend ausgeformten Aussparung des Spindelelementes 21 verdrehsicher,
jedoch in axialer Richtung verschieblich gehalten. Das zylindrische Gewindeformstück 34 befindet
sich mit dem Spindelelement 21 im Gewindeeingriff. Bei Drehung des
Betätigungselements 30 wird
das Spindelelement 21 gleichfalls in Drehung versetzt.
Hierbei wandert das Gewindeformstück 34 in axialer Richtung
und legt sich mit seiner Stirnseite an eine am oberen Ende 11b des
Regulierkolbens 11 ausgebildete Anlagefläche an.
Bei fortschreitender Drehbewegung des Betätigungselements 30 wird
das Gewindeformstück 34 mit
seiner vorderen Stirnseite zunehmend von dem Spindelelement 21 entfernt
und schiebt hierbei den Regulierkolben 11 gegen die Kraft
einer Rückstellfeder 35 vor
sich her, bis schließlich
der Zylinderabschnitt 33a in die Regulieröffnung 13 eintritt
und am Ende der Absperrbewegung der konische Abschnitt 33b an
einer entsprechend ausgeformten Gegenfläche des Ventilsitzringes 12 anliegt
und das Regulierventil versperrt. Beim Aufdrehen des Ventils durch Betätigung des
Handrades wird der Regulierkolben 11 durch die Rückstellfeder 35 zurückgestellt.
Die Federkraft der Rückstellfeder 35 ist
größer als
die der Haltefeder 22.
-
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte
Ausführungsbeispiel
beschränkt.
So ist es insbesondere möglich,
das Reinigungselement nicht wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
stoffidentisch mit dem durch das Dichtelement auszuformen. Das Reinigungselement
kann insbesondere mit weiterem axialen Abstand in Richtung auf den
Ventilsitzring vor dem Dichtring vorgesehen sein, um bereits bei
einer Drosselstellung des Regulierzapfens 15 in der Regulieröffnung 13 an
den die Regulieröffnung 13 umgebenden
Wandungen zur Wirkanlage zu gelangen.
-
Das Reinigungselement kann insbesondere einstückig als
abgedrehte Zylinderfläche
an dem Regulierkolben 11 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform
sind die Regulieröffnung 13 und
das Reinigungselement nach Art einer Passung derart aufeinander
abgestimmt, dass das Reinigungselement durch die Regulieröffnung 13 hindurch
passt, hierbei jedoch eventuell an der Wandung der Regulieröffnung 13 anhaftende
Verschmutzung ablöst.
-
- 2
- Regulieroberteil
- 4
- Ventilgehäuse
- 5
- Einlasskanal
- 6
- Auslasskanal
- 8
- Durchgangsöffnung
- 9
- Ventileinsatz
- 10
- Thermostatelement
- 11
- Regulierkolben
- 11a
- unteres
Ende
- 11b
- oberes
Ende
- 12
- Ventilsitzring
- 13
- Regulieröffnung
- 14
- Längssteg
- 15
- Regulierzapfen
- 15a
- oberes
Ende
- 17
- Ringspalt
- 18
- Aufnahmeschacht
- 19
- Stößel
- 20
- Widerlager
- 21
- Spindelelement
- 22
- Haltefeder
- 23-23
- Längsachse
des Ventileinsatzes
- 24
- Rastelement
- 25
- Anschlussstutzen
- 26
- Mauerwerk
- 27
- Unterputschaft
- 28
- Zugangskanal
- 29
- Rosette
- 30
- Betätigungselement
- 31
- Hohlspindel
- 32
- Dichtung
- 33
- Dichtelement
- 33a
- Zylinderabschnitt
- 33b
- konischer
Abschnitt
- 33c
- Reinigungselement
- 34
- Gewindeformstück
- 35
- Rückstellfeder