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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Eduktoren (Ejektoren, Mischventile)
zum Mischen von Flüssigkeiten
sowie Rückflusssperren
zum Einsatz mit diesen. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum
Adaptieren von Luftspalt-Eduktoren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
vielen Bereichen – bspw.
im Hotel- und Verpflegungsgewerbe – ist es üblich, Chemikalien, die bspw.
zum Reinigen verwendet werden, als Konzentrat zu erwerben und dann
vor Ort mit Wasser zu der für
den Einsatz benötigten
Konzentration zu verdünnen.
Man hat proportionierende Ausgabevorrichtungen konstruiert, mit
denen sich die erwünschte Verdünnung der
konzentrierten Lösung
erreichen und die verdünnte
Mischung dann ausgeben ließ.
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Diese
Ausgabevorrichtungen verwenden häufig
so genannte Venturi-Mischventile, die auch als Eduktoren bekannt
sind, um das Konzentrat in den Wasserstrom einzusaugen.
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Bei
diesen Eduktoren nimmt durch einen Durchlass strömendes Wasser Konzentrat an
einer Stelle mit, wo sich eine Einschnürung im Durchlass aufweitet.
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Ein
Eduktor ist normalerweise stehend angeordnet und weist eine Düse, die
einen Wasserstrahl ausbildet und nach unten richtet, einen Luftspalt
unter der Düse
sowie unter dem Luftspalt eine Venturi-Struktur auf. Im Einsatz
strömt
der Wasserstrahl quer über
den Luftspalt und in die Venturi-Struktur hinein. Die Venturi-Struktur
weist einen Zulauf, einen seitlichen Kanal zur Ausgabe von flüssigem Konzentrat
und eine Kammer auf, wo das Konzentrat von der Wasserströmung mitgenommen
wird.
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Um
zu gewährleisten,
dass die Lösung
mit der Sollkonzentration ausgegeben wird, ist eine Strömungsregelung
erforderlich derart, dass die in die Wasserströmung eingezogene Konzentratmenge
gesteuert wird. Beispiele solcher Eduktoren – insbesondere mit Strömungsregelung – sind in
der US-A-5 522 419 und in der WO94/04857 beschrieben.
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Typischerweise
betreibt man Eduktoren mit Wasser unmittelbar aus dem Versorgungsanschluss. Bei
den meisten Wasserversorgungsnetzen besteht die Möglichkeit
von Übergangszuständen, bei
denen in den Wasserleitungen ein Teilunterdruck auftreten kann.
Dadurch kann Konzentrat in den Wasseranschluss zurück gezogen
werden. Diese Zustand ist eindeutig unerwünscht; der Wasseranschluss
muss von Verschmutzung frei gehalten werden indem man ein Rückströmen von
Chemikalien in die Wasserquelle verhindert.
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Es
sind zwei Arten von Wasserschutzanordnungen bekannt. Luftspalt-Eduktoren
(AA-Eduktoren) enthalten zwischen der Düse und der Venturi-Struktur
einen Luftspalt, wie oben erläutert.
Dadurch entsteht ein Rückstromschutz,
da kein Wasser über
den Luftspalt zurück
zum Wasseranschluss strömen
kann. Wasser, das unter Rückstrombedingungen
aus dem Venturi-Zulauf austritt, verlässt den Eduktor einfach, ohne
den Wasseranschluss zu verschmutzen. Luftspalt-Eduktoren bieten
daher einen verhältnismäßig hohen
Rückstromschutz,
haben aber auch, wie unten diskutiert, eine Anzahl von Nachteilen.
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Mechanische
Einwegventile bzw. Leitungsunterbrecher (DB-Elemente) bieten einen
etwas schwächeren
Rückstromschutz,
aber ohne einige der Nachteile von Luftspalt-Eduktoren. Bekannte Luftspalt-Eduktoren
bieten den Rückstromschutz
und die Flüssigkeitsausgabe
in einer einzigen Einheit kombiniert. Luftspalt-Eduktoren haben
jedoch mehrere Nachteile. Der über
den Luftspalt tretende Wasserstrom ist – wie auch die das Wasser richtende Düse – der Luft
ausgesetzt. Aus der Arbeitsumgebung eintretender Staub oder andere
Teilchen können
den Strahl stören,
was seinerseits zu verstärktem
Rückspritzen
und einem geringeren Wirkungsgrad der Venturi-Stufe führen kann.
Ein Blockieren des Strahls verhindert einen effektiven Betrieb des Eduktors.
Daher müssen
Luftspalt-Eduktoren regelmäßig gewartet
werden. Das Vorliegen des Luftspalts verhindert auch einen Einsatz
des Eduktors mit anderen Verdünnungsmitteln
als Wasser, da das Verdünnungsmittel
der Luft ausgesetzt ist.
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Eine
Alternative zu einem Luftspalt-Eduktor ist der Einsatz eines Einwegventils
stromaufwärts
eines luftspaltfreien Eduktors. Diese Rückflusssperre ist in Reihe
mit dem Eduktor gelegt und stellt ein separates Element dar. Dabei
verliert man jedoch die Zweckmäßigkeit
einer Einheit, die in sich den Eduktor mit dem Rückstromschutz vereint. Auch
ist der Rückstromschutz
als solcher schwächer
als der eines Luftspalt-Eduktors. Andere Anordnungen zum Verhindern
eines Rückstroms
sind bekannt – bspw.
vakuumbrechende Rückschlagventile.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder haben erkannt, dass es mit bekannten Eduktoren nicht möglich ist,
zwischen einer Luftspalt- und einer Einwegventil-Anordnung umzuschalten,
ohne die Eduktor-Einheit selbst auszuwechseln, was jedoch teuer
und zeitraubend ist. Bekannte Eduktor-Anordnungen sind in ihrer
Einsatzmöglichkeit
eingeschränkt,
da ein einziger Eduktor sich nicht benutzen lässt, wo ein Luftspalt- und
ein Rückflusssperrschutz
zu verschiedenen Zeit gefordert sind.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile bekannter
Eduktor-Anordnungen
zu beseitigen und hierzu insbesondere ein System anzugeben, das
sich problemlos zwischen einem Luftspalt- und einem Rückflusssperrzustand
umschalten lässt.
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In
einem ersten Aspekt stellt die Erfindung einen Eduktor mit einer
Venturi-Struktur,
einem Luftspalt, über
den im Betriebszustand "Luftspalt" ein Flüssigkeitsstrahl
zur Venturi-Struktur geführt
ist, und einer entfernbaren Rückflusssperre
im Luftspalt bereit, wobei der Eduktor zwischen einem Betriebszustand "Luftspalt" und einem Betriebszustand "Rückflusssperre" umschaltbar ist.
Bei der entfernbaren Rückflusssperre
kann es sich um eine beliebige geeignete Einwegmechanik handeln,
wie sie bspw. aus den dem Fachmann bekannten auswählbar ist.
Die entfernbare Rückflusssperre
lässt sich
so auswählen,
dass es ein bestimmtes Niveau eines Rückstromschutzes bietet. Es
kann einen oder mehrere Abläufe
aufweisen, um Flüssigkeit
aus dem Eduktor abzuführen,
falls eine Rückstromsituation
auftritt. Zweckmäßigerweise
ist die entfernbare Rückflusssperre
aus einem oder mehreren Werkstoffen hergestellt, die gegen im Normalbetrieb
auftretende Chemikalien resistent sind.
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Diese
Anordnung ermöglicht
es, den Eduktor als Luftspalt- oder als Rückflusssperr-Eduktor arbeiten
zu lassen, indem man einfach die Rückflusssperre hinzufügt oder
entfernt. Die Rückflusssperre
kann die Düse
im Eduktor ersetzen, die den Flüssigkeitsstrahl über den
Luftspalt richtet.
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Es
ist vorteilhaft, einen Eduktor zur Verfügung zu haben, der sich zwischen
einer Luftspalt- und einer Rückflusssperrkonfiguration
bspw. in einem Wasserverdünnungssystem
umrüsten
lässt,
in dem die Wasserquelle, die Wasserströmung und das Konzentrat sich
während
der Nutzungsdauer des Eduktors ändern
können,
so dass sich auch die Anforderungen an den Rückflussschutz ändern. Die vorliegende
Erfindung stellt also einen Eduktor mit gegenüber bekannten Eduktoren verbesserter
Nutzbarkeit bereit, da er sich einsetzen lässt, wo ein Rückstromschutz
durch eine Luftspaltanordnung und eine Rückflusssperre gefordert sind.
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Ein
erfindungsgemäßer Eduktor
mit entfernbarer Rückflusssperre
ist vor Ort zwischen einer Luftspalt- und einer Einweg- bzw. Rückflusssperr-Konfiguration
umstellbar. Damit erhält
man signifikante Vorteile gegenüber
anderen Anordnungen, die sich nicht auf diese Weise umstellen lassen
und bei denen bei geänderten
Anforderungen an den Rückstromschutz
die gesamte Eduktor-Gruppe
ausgetauscht werden muss. Dieser Austausch lässt sich normalerweise nur
von einem spezialisierten Techniker durchführen. Für den Wechsel zwischen einer Luftspalt-
und einer Rückflusssperr-Konfiguration bietet
die vorliegende Erfindung daher einen verringerten Zeit- und Kostenaufwand.
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In
der vorliegenden Anmeldung ist eine Rückflusssperrkartusche beschrieben,
die sich in einen Luftspalt eines Eduktors mit Luftspalt und Venturi-Zulauf
einsetzen lässt
und entfernbar ist, wobei die Kartusche einen Zulauf für Wasser
aus einer Versorgungsleitung, einen Ablauf zur Abgabe von Wasser an
den Venturi-Zulaufbereich und zwischen dem Zu- und dem Ablauf eine
Rückflusssperre
aufweist.
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Vorzugsweise
weist der Ablauf eine Dichtfläche
auf, die einen dicht abschließenden
Kontakt mit der Venturi-Zulaufzone bereit stellt.
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Vorzugsweise
weist der Zulauf eine Dichtfläche
auf, die einen dicht abschließenden
Kontakt mit der Versorgungsleitung bereit stellt.
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Vorzugsweise
weist die Rückflusssperrkartusche
einen Kern und eine aufweitbare federelastische Hülse auf,
die dicht abschließend
mit dem Kern um diesen herum gelegt ist, um eine Flüssigkeitsströmung zwischen
der Hülse
und dem Kern zu verhindern, wobei der dichte Abschluss gebrochen
wird, wenn die federelastische Hülse
aufgeweitet wird, was durch Flüssigkeitsdruck
vom Zulauf her der Fall ist.
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Vorzugsweise
weist die Rückflusssperrkartusche
ein äußeres Gehäuse auf,
das um die federelastische Hülse
herum gelegt ist, um das Aufweiten der Hülse zu begrenzen, und sich
bei einer Strömung vom
Zu- zum Ablauf dicht abschließend
um die Hülse legt.
In dieser Anordnung ist eine Wasser-Rückstrom zwischen dem äußeren Gehäuse und
der Hülse
hindurch möglich,
wenn der Strömungsweg
vom Zu- zum Ablauf geschlossen ist. Vorzugsweise weist das äußere Gehäuse eine Öffnung auf,
durch die beim Auftreten einer Rückströmung Flüssigkeit
aus der Rückflusssperre
entweichen kann.
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Mit
einer herausnehmbar in den Luftspalt eines Luftspalt-Eduktors einsetzbaren
Rückflusssperrkartusche
lassen sich vorhandene Luftspalt-Eduktoren kostengünstig und
wirkungsvoll so abändern, dass
sie mit einer Rückflusssperre
arbeiten. Die vorliegende Erfindung bietet also das Mittel, um den Rückstromschutz
eines Eduktors abzuändern
und die Vorteile eines Rückflusssperrschutzes
ohne den Kostenaufwand und die Unzweckmäßigkeit eines Austauschs der
Eduktoreinheit oder den Einbau eines separaten Einwegventils zu
erreichen.
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In
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt diese ein
Verfahren zum Adaptieren eines Luftspalt-Eduktors mit einem Venturi-Mischbereich
und einem Luftspalt bereit, indem man in letzteren eine Rückflusssperre
einsetzt.
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Es
ist vorteilhaft, einen Eduktor mit einem Luftspalt ohne separate
Rückflusssperre
zu adaptieren, da einige der Nachteile der Luftspaltanordnung – bspw.
die Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung – entfallen,
ohne dass der ge samte Eduktor ausgetauscht oder eine Rückflusssperre
an einer anderen Stelle in der Flüssigkeitsleitung installiert
werden muss.
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Bestimmungsgemäß soll das
erfindungsgemäße Umrüsten eines
Luftspalt-Eduktors
durch dessen Benutzer, nicht durch einen spezialisierten Techniker
erfolgen. Gegenüber
dem bekannten Ansatz eines Austauschs des Eduktors oder des Hinzufügens einer
separaten Rückflusssperre
lassen sich daher der Zeit- und der Kostenaufwand erheblich verringern.
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Das
Vorsehen einer mechanischen Rückflusssperre
in Form eines Einwegventils kann besonders geeignet sein, wenn im
Eduktor toxische oder schädliche
Flüssigkeiten
zum Einsatz kommen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Sprengperspektive eines erfindungsgemäßen Eduktors mit einer Einwegventilkartusche,
bei der es sich um eine Ausführungsform
des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung handelt;
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2 zeigt
eine Spreng-Frontalansicht des Eduktors und der Rückflusssperre
der 1; und
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3 zeigt
in einer Frontalansicht den montierten Eduktor der 2 und 3.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die 1 bis 3 zeigen
einen erfindungsgemäßen Eduktor 1 in
stehender Anordnung; er weist einen Zulaufteil 2, eine
Venturi-Struktur 3 sowie einen Hauptkörper 4 mit offenendigem
horizontalem zylindrischen Aufbau auf, bei dem zwischen dem Zulaufteil 2 und
der Venturi-Struktur 3 ein Luftspalt 5 gebildet ist.
Die Venturi-Struktur 3 weist weiterhin einen Venturi-Körper (nicht
gezeigt), wo das Mischen des Wassers mit dem Flüssigkonzentrat erfolgt, sowie
Beipass kanäle
(nicht gezeigt) auf, in denen Flüssigkeit um
den Venturi-Körper
herum fließen
kann. Die Venturi-Struktur 3 ist herkömmlich und braucht hier nicht ausführlich beschrieben
zu werden.
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Die 1 zeigt
auch teilweise eine Wasserzufuhrleitung 10, mit der dem
Eduktor 1 Wasser zugeführt
wird. Die Leitung 10 enthält auf herkömmliche Weise ein von Hand
betätigbares
Absperrventil 11 sowie ein Verbindungsrohr 12,
das mit einem Bayonettverschluss in den Zulaufteil 2 einsetz-
und dort versperrbar ist.
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Im
Betriebszustand "Luftspalt" ohne die unten beschriebene
Rückflusssperre 19 enthält der Zulaufteil 2 auf übliche Weise
eine (nicht gezeigte) Düse,
die dicht abschließend
mit dem Verbindungsrohr 12 verbunden ist und einen Wasserstrahl
quer über den
offenen Luftspalt zum Zulauf 6 der Venturi-Struktur 3 richtet.
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Die 1 zeigt
in einer Sprengansicht eine herausnehmbare Rückflusssperre 19,
die im Einsatz im Hauptkörper 4 im
Luftspalt 5 angeordnet ist (vergl. 3).
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Die
Rückflusssperre
(Einwegventil) 19 weist ein Kernstück 20, eine reversibel
aufweitbare federelastische Hülse 25,
die als Ventilkörper
wirkt, sowie ein äußeres Gehäuse 26 auf.
Das Kernstück 20 hat im
oberen Teil einen Zulaufrohrstutzen 21 zur Aufnahme von
Wasser aus der Wasserleitung 10, einen langgestreckten
Schaft 22, der sich unter den dem Zulauf 21 erstreckt,
sowie Flüssigkeitsauslässe 23 (2)
zwischen Rippen 24 auf, die das Zulaufrohr 21 und
den langgestreckten Schaft 22 verbinden.
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Die
aufweitbare Hülse 25 ist
aus einem Gummiwerkstoff wie Silikongummi hergestellt und bedeckt
im montierten Zustand des Ventils den Schaft 22 und die
Auslässe 23 des
Kernstücks 20.
Ist das Ventil montiert und strömt
kein Wasser unter Druck in das Zulaufrohr 21, sitzt die
Hülse 25 straff
und dicht abschließend
auf dem Schaft 22 auf, so dass zwischen ihr und dem länglichen
Element 22 keine Flüssigkeit
hindurch treten kann.
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Das äußere Gehäuse 26 hat
einen Hauptkörper 27 aus
einem steifen Kunststoff mit einer verstärkenden Wendelrippe 27a, Öffnungen 28,
durch die Flüssigkeit
aus dem Inneren des äußeren Gehäuses in
den Luftspalt 5 strömen
kann, wenn die montierte Sperre im Luftspalt sitzt, und ein Ablaufrohr 29,
das am Venturi-Zulauf 6 anliegt.
Bei montiertem Ventil umschließt
das äußere Gehäuse die
aufweitbare Hülse 25 und
das Kernstück 20.
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Das
Zulaufrohr 21 der Rückflusssperre 19 trägt zwei
O-Ringe 21a, die es zum Verbindungsrohr 12, in
dem es sitzt, abdichten. Das Ablaufrohr 29 trägt einen
O-Ring 29a, der es zum Zulauf 6 der Venturi-Struktur 3,
in dem es sitzt, abdichtet. Die Rückflussperrkartusche 3 wird
in den Eduktor eingesetzt, um diesen vom Betriebszustand "Luftspalt" zum Betriebszustand "Rückflusssperre" umzurüsten; hierzu wird
die Versorgungsleitung 10 vom Zulaufteil 2 gelöst, die
Wasserstrahldüse
(nicht gezeigt) aus dem Zulaufteil 2 entfernt, die Sperre 19 in
den Zulaufteil so eingeführt,
dass das Ablaufrohr 29 im Zulauf 6 sitzt, und
dann die Versorgungsleitung 10 dicht abschließend mit
dem Zulaufrohr 21 wieder angeschlossen. Im montierten Zustand
drückt
das obere Ende des äußeren Gehäuses 26 den
Flansch 25a der Hülse 25 auf
das untere Ende des Zulaufrohrs 21, so dass dort ein dichter
Abschluss entsteht. Im Einsatz strömt Wasser vom Versorgungsanschluss 10 her
in das Zulaufrohr 21 ein und durch die Auslässe 23 aus
ihm hinaus. In Folge des Wasserdrucks weitet sich die federelastische
Hülse 25 vom
länglichen
Schaft 22 weg auf. Dadurch entsteht zwischen der Hülse 25 und dem
Schaft 22 ein Strömungsweg.
Die Hülse 25 weitet
sich bis zum Hauptkörper 27 des äußeren Gehäuses 26 auf,
der das Ausmaß begrenzt,
bis zu dem die Hülse 25 sich
aufweiten kann und den Strömungsweg
durch die Sperre 19 vom Zu- zum Ablauf dicht abschließt.
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In
Folge des Aufweitens der Hülse
strömt das
Wasser vom Zulaufrohr 21 zum Ablaufrohr 29 des äußeren Gehäuses. Das
Ablaufrohr 29 erzeugt einen Wasserstrahl, den es in den
Venturi-Zulauf 6 richtet, so dass auf bekannte Weise durch
die seitlichen Kanäle 7 im
Venturi zugeführtes
flüssiges
Konzentrat mitgenommen wird. Schließlich treten das Wasser und
das mitgenommene Konzentrat am Ablauf 8 aus dem Eduktor
wieder aus.
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Entfällt die
Wasserströmung,
kontrahiert die federelastische Hülse 25 und legt sich
straff und abdichtend auf das längliche
Element 22, so dass kein Wasser durch die Rückflusssperre 19 zurück in den Wasseranschluss 10 gelangen
kann.
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Liegt
keine Wasserströmung
aus dem Versorgungsanschluss 10 in die Rückflusssperre 19 hinein
vor (wenn bspw. der Druck im Versorgungsnetz plötzlich abgefallen ist) und
tritt in der Venturi-Struktur 3 ein Rückfluss auf, kann Fluid aus
dem Venturi-Zulauf 6 in das Ablaufrohr 29 der
Rückflusssperre 19 gelangen.
Das Fluid kann jedoch den Wasserversorgungsanschluss nicht erreichen,
da die federelastische Hülse 25 dicht
abschließend
am Element 22 anliegt, wie bereits festgestellt. Stattdessen
fließt
das Fluid in den Raum zwischen dem Hauptkörper 27 und der Hülse 25 und
durch die Öffnungen 28 aus
der Rückflusssperre 19 hinaus.
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Die 3 zeigt
den Eduktor bei in den Luftspalt 5 im Hauptkörper 4 eingesetzter
Rückflusssperre 19.
Die Öffnungen 28 im
Hauptkörper 27 der Rückflusssperre 19 sind
durch die offenen Enden des Hauptkörpers 4 hindurch sichtbar.
Durch die Öffnungen 28 aus
der Rückflusssperre 19 austretendes
Fluid (bspw. bei einem Rückfluss
in die Venturi-Struktur 3) kann in den Luftspalt gelangen
und den Eduktor 1 durch die offenen Enden des Hauptkörpers 4 verlassen.