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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Systemtrenner zum physischen Trennen eines
stromaufwärtigen Flüssigkeitssystems
von einem stromabwärtigen Flüssigkeitssystem
mittels eines Ablaßventils
in Abhängigkeit
vom Druckgefälle
zwischen stromaufwärtigem
und stromabwärtigem
Flüssigkeitssystem,
mit einem stromaufwärtigen
Rückflussverhinderer,
einem stromabwärtigen
Rückflussverhinderer
und einem als Kolben ausgebildeten Ablassventilkörper, der strömungsmäßig zwischen
den Rückflussverhinderern
angeordnet ist, wobei stromaufwärts
von dem stromaufwärtigen
Rückflussverhinderer
ein Eingangsdruck des stromaufwärtigen
Flüssigkeitssystems,
zwischen dem Ablaßventilkörper und
dem stromabwärtigen
Rückflußverhinderer
ein Mitteldruck in einem Mitteldruckraum und stromabwärts von
dem stromabwärtigen
Rückflußverhinderer
ein Ausgangsdruck des stromabwärtigen
Flüssigkeitssystems herrscht,
und wobei an dem Ablaßventilkörper die Druckdifferenz
zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck in Schließrichtung einer in Öffnungsrichtung auf
den Ablaßventilkörper wirkenden
Belastungsfeder entgegenwirkt, wobei der Ablaßventilkörper auf der stromabwärtigen Seite
eine für
den Mitteldruck wirksame Andruckfläche aufweist, die kleiner ist,
als die für
den Eingangsdruck wirksame Andruckfläche, wodurch von dem Ablaßventilkörper ein
Hohlraum gebildet wird, und der Hohlraum mit dem Mitteldruckraum
in Verbindung steht.
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Systemtrenner
oder Rohrtrenner dienen dazu, einen Rückfluß von Flüssigkeit aus einem stromabwärtigen Flüssigkeitssystem
in ein stromaufwärtiges
Flüssigkeitssystem
sicher zu verhindern. Das stromaufwärtige Flüssigkeitssystem kann dabei
ein Trinkwassersystem sein. Das stromabwärtige Flüssigkeitssystem kann z.B. ein
Heizungssystem sein. Es muß unbedingt
verhindert werden, daß verunreinigtes
Wasser aus dem Heizungssystem beim Auf- oder Nachfüllen des
Heizungssystems in das Trinkwassersystem zurückfließt, beispielsweise dadurch, daß der Druck
im Trinkwassersystem aus irgendeinem Grund zusammenbricht. Es gibt
sog. Rückflußverhinderer.
Das sind federbelastete Ventile, welche einen Flüssigkeitsdurchfluß nur in
einer Richtung, nämlich
vom stromaufwärtigen
zum stromabwärtigen System
zulassen. Solche Rückflußverhinderer
können
aber undicht werden. Daher ist z.B. bei Trinkwasser und Heizungswasser
eine Trennung der Flüssigkeitssysteme
allein durch Rückflußverhinderer
nicht zulässig.
Es muß eine
physische Trennung der Flüssigkeitssysteme
erfolgen, derart daß im
Störfall
zwischen den Systemen eine Verbindung zu einem Ablauf und zur Atmosphäre hergestellt
wird.
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System-
oder Rohrtrenner enthalten einen stromaufwärtigen, an das stromaufwärtige Flüssigkeitssystem
angeschlossenen Rückflußverhinderer und
einen stromabwärtigen
mit dem stromabwärtigen System
verbundenen Rückflußverhinderer.
Zwischen den Rückflußverhinderern
ist ein druckgesteuertes Ablaßventil
angeordnet, welches einen Durchgang von dem stromaufwärtigen Flüssigkeitssystem
zu dem stromabwärtigen
Flüssigkeitssystem
herstellt, wenn zwischen den beiden Flüssigkeitssystemen ein ausreichendes
Druckgefälle
besteht, so daß die
Flüssigkeit
sicher nur von dem stromaufwärtigen
zum stromabwärtigen
Flüssigkeitssystem
strömen
kann. Wenn dieses Druckgefälle
nicht besteht, stellt das Ablaßventil
eine Verbindung des Raumes zwischen den Rückflußverhinderern mit der Atmosphäre und einem
Ablauf her.
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Bei
bekannten Rohrtrennern ist das Ablaßventil ein in einem Armaturengehäuse verschiebbarer
Kolben. Dieser Kolben weist einen zentralen Durchgang und an seiner
stromabwärtigen
Stirnfläche
einen ringförmigen
Ventilsitz auf, der an einer armaturenfesten Ringdichtung axial
zur Anlage kommt. Der Durchgang stellt dann eine zur Atmosphäre hin geschlossene
Verbindung zwischen stromaufwärtigem
und stromabwärtigen
Flüssigkeitssystem
her. Der stromaufwärtige
Rückflußverhinderer
sitzt in dem Durchgang. Dadurch wirkt auf den Kolben gegen eine
in Öffnungsrichtung
wirksame Feder die Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck im stromaufwärtigen Flüssigkeitssystem
und einem Mitteldruck, der sich in einem Mitteldruckraum zwischen Kolben
und stromabwärtigen
Rückflußverhinderer einstellt.
Damit ein Durchfluß zu
dem stromabwärtigen
System stattfinden kann, muß schon
diese Druckdifferenz ein vorgegebenes, durch die Federkraft bestimmtes
Maß überschreiten.
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Wenn – als Beispiel – ein unter
geringem Wasserdruck stehendes Heizungssystem aus einem Trinkwassersystem über den
Systemtrenner gefüllt werden
soll, wird durch den Eingangsdruck im Trinkwassersystem zunächst der
Kolben des Ablaßventils gegen
die Wirkung der darauf wirkenden Feder in seine Betriebsstellung
gedrückt,
in welcher er die Verbindung zur Atmosphäre und zu dem Ablauf unterbricht
und eine Verbindung zwischen Trinkwassersystem und Heizungssystem
herstellt. Dann werden die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Rückflußverhinderer
aufgedrückt.
Es strömt
Trinkwasser zu dem Heizungssystem und füllen dieses auf oder nach.
Das Heizungssystem wird dann auf einen Ausgangsdruck aufgefüllt, der
unterhalb des Eingangsdrucks liegt. Im normalen Betrieb wird die
Differenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck durch den Druckabfall
an den Rückflußverhinderern,
also durch die Stärke
der Federn der Rückflußverhinderer bestimmt.
Der Mitteldruck liegt entsprechend dem Druckabfall an dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer
und dem Druckabfall an dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer dazwischen. Die
Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck muß größer sein
als ein durch die Belastungsfeder des Ventilkörpers des Ablaßventils
bestimmter Grenzwert.
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Im
Ventilsitz des Ablaßventils
ist eine Sitzdichtung angeordnet. Diese wird einerseits vom Mitteldruck
beaufschlagt. Andererseits wirkt bei geschlossenem Ablaßventil
die Kraft des Ablaßventilkörpers auf
die Dichtung. Wenn diese Kraft nicht groß genug ist, besteht die Gefahr
einer nicht ausreichenden Dichtung.
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Die
auf die Dichtung wirkende Kraft des Ablaßventilkörpers entspricht der durch
das stromaufwärtige
Flüssigkeitssystem
ausgeübten
Kraft abzüglich
der durch der im Mitteldruckraum auf den Ablaßventilkörper ausgeübten Kraft und der konstanten Federkraft
der auf das Ablaßventil
wirkenden Feder.
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Werden
bei unveränderten
Druckverhältnissen
im Einlass und im Mitteldruckraum die wirksamen Flächen des
Ablaßventils
verändert,
so ändern sich
auch die jeweiligen Kräfte.
Durch Verringerung des Sitzdurchmessers des Ventilsitzes des Ablaßventils
kann also eine größere Dichtkraft
erreicht werden. Bei einer für
den Eingangsdruck wirksamen Fläche,
die größer als
für den
Mitteldruck ist, tritt ein weiterer Effekt auf Die in Schließrichtung
wirkende Kraft wird bei hohen Drücken
so groß,
daß das
Ventil nicht mehr öffnet.
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In
der
DE 20 2005
008 021 U1 ist ein Systemtrenner beschrieben, bei der ein
Stufenkolben als Ablaßventilkörper in
einem zweiteiligen Gehäuse
geführt
ist. Der Stufenkolben bildet mit einer Sitzkante und einem ringförmigen Ventilsitz
ein Ablassventil. Der Ventilsitz hat einen geringeren Durchmesser
als der eingangsseitige Außendurchmesser
des Stufenkolbens. Der zwischen der Kolbenaußenseite und dem Gehäuse gebildete,
hohle Ringraum wird auf der Seite des Mitteldruckraums mit einer
gehäusefesten, zwischen
dem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Gehäuse eingespannten, ringförmigen Gehäusetrennwand
begrenzt. Über
eine Bohrung im Mantel des Stufenkolbens ist der hohle Ringraum
mit dem Mitteldruckraum hydraulisch verbunden. Die auf den Ablaßventilkörper wirkende
Belastungsfeder ist außen
um den Stufenkolben herum angeordnet. Die Gehäusetrennwand bildet das Federwiderlager.
Diese Anordnung ist komplex und voluminös.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Systemtrenner der eingangs genannten
Art mit verbesserter Dichtkraft zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
daß ein
in Bewegungsrichtung des Ablaßventilkörpers beweglicher
Schiebesitz in dem Hohlraum vorgesehen ist, der gegenüber dem
Ablaßventilkörper bis
zu einem gehäusefesten
Anschlag beweglich ist, welcher in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz des
Ablaßventils
angeordnet ist.
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Auf
diese Weise kann ein kleinerer Ventilsitz für das Ablaßventil mit einer entsprechend
höheren Dichtkraft
realisiert werden, ohne daß das
Ablaßventil
bei hohen Einlaßdrücken nicht
mehr funktioniert. Es kann ein Ablaßventil mit verringertem Sitzdurchmesser
verwendet werden, das sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Eingangsdrücken gut
arbeitet.
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Bei
steigendem Einlaßdruck
wird zunächst das
Ablaßventil
geschlossen. Anschließend öffnet der
Rückflußverhinderer.
Dann herrscht im Mitteldruckraum ein gegenüber dem vorher herrschenden Atmosphärendruck
erhöhter
Druck. Über
die Verbindung zwischen dem Hohlraum und dem Mitteldruckraum wird
auch in dem Hohlraum ein erhöhter
Druck aufgebaut. Dieser Druck wirkt auf den beweglichen Schiebesitz.
Der Schiebesitz wird in Richtung des Ventilsitzes bis zum gehäusefesten
Anschlag bewegt. Umgekehrt wirkt der Druck in dem Hohlraum zwischen
Schiebesitz, Gehäuse
und Ablaßventilkörper auch „von hinten" auf den überstehenden
Teil des Ablaßventilkörpers. Die
für den
Mitteldruck wirksame Fläche
wird auf diese Weise trotz kleinerem Ventilsitz nicht reduziert.
Damit bleibt das Kräfteverhältnis am Ablaßventilkörper bei
reduzierter Ventilsitzgöße das gleiche.
Die Dichtkraft ist jedoch größer, da
die Dichtung eine kleinere Fläche
aufweist. Entsprechend vergrößert sich
der Anpressdruck und die Qualität der
Dichtung.
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Vorzugsweise
ist der auslaßseitige
Durchmesser des Ablaßventilkörpers kleiner,
als der einlaßseitige
Durchmesser, und der Schiebesitz ist von einer ringförmigen Hülse gebildet,
welche in dem aufgrund der Durchmesserdifferenz gebildeten Hohlraum
zwischen Ablaßventilkörper und
Gehäuse
beweglich geführt
ist. Der Ablaßventilkörper bildet
also zwischen dem einlaßseitigen,
dickeren Ende und dem Auslaßseitigen
Ende einen Hohlraum zwischen Gehäuse
und Kolben. In diesem Hohlraum kann sich die Hülse bewegen. Der gehäusefeste
Anschlag kann von einer ringförmigen
Stufe im Gehäuseinneren
gebildet. Bei Mitteldruck in dem Hohlraum, wird die Hülse gegen
den Anschlag gepresst. Das Gehäuse
nimmt dann einen Teil des Drucks auf. Auf diese Weise wird eine
besonders kompakte Anordnung erreicht.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung hat die ringförmige Hülse einen L-förmigen Querschnitt,
dessen einer Schenkel mit der Innenseite bei Beaufschlagung mit
Mitteldruck an dem Anschlag zur Anlage kommt.
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Es
kann ein Kanal zur Verbindung des Inneren des Ablaßventilkörpers mit
dem Hohlraum vorgesehen sein, der im Bereich zwischen Gehäuse, Ablaßventilkörper und
Schiebesitz gebildet wird. Dieser Kanal kann zum Beispiel durch
eine einfache Bohrung oder einen Ringraum mit Stegen hergestellt werden.
Der Kanal von dem Hohlraum kann zunächst radial nach innen verlaufen
und dann in axialer Richtung stromabwärts zum Mitteldruckraum.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Dichtung
vorgesehen, welche in einer Ringnut außen im Ablaßventilkörper in dem Bereich größeren Durchmessers
angeordnet ist und eine zweite Dichtung, welche in dem Hohlraum
zwischen dem Kanal und dem beweglichen Schiebesitz angeordnet ist.
In einer besonders kompakten Ausgestaltung der Erfindung sind die
Rückflußverhinderer,
der Ablaßventilkörper, die
Belastungsfeder, das Gehäuse
und der Schiebesitz koaxial angeordnet.
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Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Querschnitt durch einen Systemtrenner mit zwei Rückflußverhinderern
und einem Ablaßventil
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2 zeigt
einen Ausschnitt des Systemtrenners aus 1 mit dem
einlaßseitigen
Rückflußverhinderer
und dem geöffneten
Ablaßventil.
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3 zeigt
den Ausschnitt aus 2, bei dem das Ablaßventil
geschlossen ist, aber bei geschlossenem Rückflußverhinderer noch kein Druck in
der Mitteldruckzone aufgebaut wurde.
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4 zeigt
den Ausschnitt aus 2 und 3, bei dem
das Ablaßventil
geschlossen ist und in der Mitteldruckzone bei geöffnetem
Rückflußverhinderer
ein erhöhter
Druck herrscht.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
mit 10 ein rohrartiges Armaturengehäuse bezeichnet. Das Armaturengehäuse 10 weist
einen Einlaß 12 und
am entgegengesetzten Ende ein Auslaß 14 auf. In dem Armaturengehäuse 10 ist
eine zylindrische Kammer 16 gebildet. In der Kammer 16 ist
ein kolbenförmige
Ventilkörper 18 geführt. Von
der Kammer 16 geht ein Ablaß 20 ab, welcher einen
mit der Atmosphäre
verbundenen Ablaufstutzen 22 aufweist.
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Der
Ventilkörper 18 ist
auf seiner Mantelfläche 24 mit
einer Dichtung 26 abdichtend in der zylindrischen Kammer 16 geführt. An
seiner stromabwärtigen
Stirnfläche 28 bildet
der Ventilkörper 18 einen ringförmigen Ventilsitz 30.
Der Ventilsitz 30 liegt in der in 1 dargestellten,
stromabwärtigen
Endstellung an einer Sitzdichtung 32 an. Mit der Mantelfläche 30 überdeckt
der Ventilkörper 18 den
Ablaß 20. Das
ist ein Ablaßventil 34.
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Der
Ventilkörper 18 weist
einen zentralen Durchgang 36 auf. An dem Ventilkörper 18 ist
an dessen stromaufwärtigem
Ende ein nach innen ragender, ringscheibenförmiger Rand 38 gebildet.
In dem Durchgang 36 sitzt ein stromaufwärtiger Rückflußverhinderer 40. In
dem Gehäuse 42 des
Rückflußverhinderers
sitzt ein Ventilsitz 44. Der Ventilsitz 44 wirkt mit
einem Ventilschließkörper 46 zusammen.
Der Ventilschließkörper 46 weist
einen Kopf 48 und einen Schaft 50 auf. Der Schaft 50 ist
in einem Durchbruch 61 des Gehäuses 42 geführt. Der
Schaft 50 ist von einer Schraubenfeder 52 umgeben.
Die Schraubenfeder 52 ist mit einem Ende 54 in
einer Ringnut 56 in dem Gehäuse 42 geführt und
liegt mit dem anderen Ende 58 an dem Kopf 48 an.
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Eine
Schraubenfeder 60 ist an einer Schulter 62 auf
der Innenseite des Armaturengehäuses 10 abgestützt und
liegt stromaufwärts
an der stromabwärts gelegenen,
rückwärtigen Seite
des Ventilkörpers 18 an.
Dadurch wird der Ventilkörper 18 des
Ablaßventils
von der Feder 60 belastet. Die Feder 60 sorgt
dafür,
daß das
Ablaßventil
ohne weitere Kräfte
immer geöffnet
ist.
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Stromab
von der beschriebenen Anordnung sitzt in dem Armaturengehäuse ein
stromabwärtiger Rückflußverhinderer 64.
Der Rückflußverhinderer 64 ist
im Prinzip ähnlich
aufgebaut wie der stromaufwärtige
Rückflußverhinderer 40 und
daher nicht im einzelnen beschrieben. Beide Rückflußverhinderer 40 und 64 öffnen nur
in Richtung vom Eingangsdruck zum Ausgangsdruck hin. Zwischen dem
Ventilkörper 18 und
dem stromabwärtigen
Rückflußverhinderer 64 ist
ein Mitteldruckraum 66 gebildet.
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Die
Schraubenfeder 52 des Rückflußverhinderers 40 ist
stärker
als die Schraubenfeder 60, die auf den Ventilkörper 18 wirkt.
Daher öffnet
der Rückflußverhinderer 40 erst,
wenn der Ventilkörper 18 durch
die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und dem im Mitteldruckraum
herrschenden Mitteldruck in seine stromabwärtige Endstellung bewegt ist.
Wenn auf diese Weise der Durchgang zum Auslaßstutzen gegenüber dem
Auslaß 14 und
der Atmosphäre
abgeschlossen ist, werden die Rückflußverhinderer
von dem Wasserdruck aufgedrückt.
Das Heizungssystem wird auf einen Ausgangsdruck aufgefüllt, der
etwas unter dem Eingangsdruck liegt.
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In 2 ist
der Ablaßventilkörper 18 mit
geöffnetem
Ablaßventil
im Detail dargestellt. Der stromaufwärtige Rückflußverhinderer 40 ist
geschlossen. Es liegt kein Eingangsdruck an dem Ablaßventilkörper 18 an.
Die Feder 60 ist entspannt. In diesem Zustand befindet
sich der Ablaßventilkörper in
einer Anschlagposition, bei der er sich in einem Abstand von der
Sitzdichtung 32 befindet.
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In 3 ist
die Situation dargestellt, bei der der Eingangsdruck im Einlaß des Armaturengehäuses angsteigt.
Dann bewegt sich der Ablaßventilkörper 18 gegen
die Federkraft der Feder 60 nach rechts in 3.
Dabei liegt der Ventilkörper 30 in
seiner Endstellung an der Sitzdichtung 32 an. Mit der Mantelfläche 30 überdeckt
der Ventilkörper 18 den
Ablaß 20.
Es kann kein Wasser abfließen.
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Der
Ablaßventilkörper 18 hat
auf der Eingangsseite einen Durchmesser, der in 2 mit „D" bezeichnet ist.
Der Durchmesser entspricht dem Innendurchmesser des rohrförmigen Armaturengehäuses 10.
Der Ablaßventilkörper 18 bildet
weiterhin eine ringförmige
Stufe 70, so daß die
stromabwärtige
Seite einen kleineren Durchmesser aufweist. Dieser kleinere Durchmesser
ist in 2 mit „d" bezeichnet.
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Der
Eingangsdruck greift also an einer Fläche an, die durch den Durchmesser
D bestimmt ist. Die Sitzdichtung 32 und die stromabwärtige Seite
des Ablaßventilkörpers 18 hingegen
haben einen kleineren Durchmesser.
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Im
Bereich 72 des kleineren Durchmessers des Ablaßventilkörpers ist
zwischen dem Ablaßventilkörper und
der Innenseite des Armaturengehäuses 10 ein
ringförmiger
Hohlraum 74 gebildet. In dem Hohlraum 74 ist ein
Schiebesitz 76 geführt.
Der Schiebesitz 76 hat einen L-förmigen Querschnitt mit Schenkeln 78 und 80.
Der Schiebesitz 76 ist in axialer Richtung beweglich geführt. Weiterhin
ist in dem Hohlraum 74 ein Dichtungsring 82 vorgesehen. Über einen
Kanal 82 ist der Hohlraum 74 mit der Mitteldruckkammer
hydraulisch verbunden.
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Der
in der Mitteldruckkammer 66 herschende Mitteldruck liegt
auch in dem Hohlraum 74 vor. Bei geöffnetem Ablaßventil 34,
wie es in 2 dargestellt ist, entspricht
der Mitteldruck dem Atmosphärendruck.
Wenn das Ablaßventil 34 geschlossen
ist, erhöht
sich der Mitteldruck mit zunehmendem Eingangsdruck. Diese Situation
ist in 3 dargestellt. Der Schiebesitz 76 bewegt
sich nach rechts in der Darstellung.
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In 4 ist
die Situation bei hohem Eingangsdruck mit geöffnetem Rückflußverhinderer gezeigt. Der Ablaßventilkörper 18 befindet
sich entgegen der Federkraft der Feder 60 in seiner rechten
Anschlagposition. Das Ablaßventil
ist geschlossen. Der Rückflußverhinderer
ist geöffnet.
Der Mitteldruck liegt auch im Hohlraum 74 an. Aufgrund
dieses Mitteldrucks wird der Schiebesitz 76 mit dem Schenkel 78 gegen
eine ringförmige
Schulter im Armaturengehäuse
zum Anschlag gebracht. Der Druck in dem Hohlraum 74 wird
aber auch auf den rückwärtigen, überstehenden
Teil der Andruckfläche
des Ventilkörpers 18 ausgeübt. Auf
diese Weise wird sichergestellt, daß die wirksame Fläche für den Mitteldruck
gleich groß ist,
wie für
den Eingangsdruck. Dadurch bleiben die Kräfte auf den Ventilkörper 18 unabhängig vom Eingangsdruck.
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Bei
der beschriebenen Anordnung hat die Ventilsitzdichtung 32 einen
verkleinerten Durchmesser. Da die Kräfte auf den Ventilkörper bei
unveränderten
Druckverhältnissen
ebenfalls unverändert bleiben,
wird der Anpressdruck auf die Sitzdichtung 32 jedoch größer. Damit
erhöht
sich die Dichtkraft.