DE2424056A1

DE2424056A1 - Steuereinrichtung fuer eine wasserversorgnungsanlage

Info

Publication number: DE2424056A1
Application number: DE2424056A
Authority: DE
Inventors: Elmer Maxwell Deters
Original assignee: Weil McLain Co Inc
Current assignee: Marley Wylain Co LLC
Priority date: 1973-11-19
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1975-05-28
Also published as: US3865512A; GB1405242A

Description

PATENTANWALT

D¹⁰L. ί'·;θ.

Schn_edc_eni₁o_tstr.27-T_el.6i7079 13. Mai 1974 ' ■

Gzk/mU

Weil-McLain Company, Inc., 10400 North Central Expressway,

Dallas, Texas 75221, U.S.A.

Steuereinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage mit einer motorgetriebenen Pumpe, die Wasser durch eine Versorgungsleitung zu einer oder mehreren mit Ventilen versehenen Zapfstellen pumpt. Derartige Steuereinrichtungen für Wasserversorgungsanlagen weisen im allgemeinen einen. Druckschalter auf, der auf den Druck in der Versorgungsleitung anspricht und bei vorgegebenen oberen und unteren Druckgrenzwerten betätigt wird, um die Pumpe aus- bzw. einzuschalten, sowie ein Ventil zur Steuerung der Strömung von der Pumpe zur Versorgungsleitung, das während der normalen Strömung aus der Leitung betätigbar ist, um den Druck in der Leitung in einem geregelten Druckbereich unterhalb des oberen Schalterbetätigungsdrucks zu halten, und betätigbar ist, wenn die Strömung aus der Leitung von der Pumpe in die Versorgungsleitung beendet ist, um zu bewirken, dass der Druck in der Leitung sich auf den oberen Schalterbetätigungsdruck erhöht, so dass die Pumpe ausgeschaltet wird. Bei derartigen Steuereinrichtungen wird die Pumpe in ständigem Wechsel ein- und ausgeschaltet, wenn die Entnahmeströmung aus der Versorgungsleitung

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geringer ist als die Bypassströmung; man ist daher bestrebt, die Bypassströmungsmenge sehr gering zu wählen, damit auch die Strömungsmenge sehr gering ist, unterhalb deren der ständige Wechsel von Ein- und Ausschalten auftritt. Unter bestimmten Bedingungen jedoch, beispielsweise infolge eines nicht richtig geschlossenen Zapfventils oder einer anderen Leckstromung aus der Versorgungsleitung, können sehr geringe Strömungsmengen aus der Leitung auftreten; um einen schnellen Wechsel von Ein- und Ausschalten des Pumpenmotors mit der sich daraus ergebenden Gefahr der Beschädigung des Motors bei derartig niedrigen Strömungsmengen zu verhindern, ist man bestrebt, eine Ausdehungskammer (Windkessel) in der Versorgungsleitung vorzusehen, um den Druck in der Versorgungsleitung für eine bestimmte Zeitspanne nach dem Abschalten der Pumpe über dem unteren Schalterbetätigungsdruck zu halten.

Eine derartige Steuereinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage ist in der US-PS 3 100 505 beschrieben. Bei dieser Einrichtung ist die Membran so angeordnet, dass sie sich von dem Ventilverschlusskörper weg bewegt, wenn der Ventilverschlusskörper schließt und der Druck in der Leitung über den geregelten Druck ansteigt, um eine kleine Ausdehnungskammer zu bilden. Bei dieser Einrichtung bewirkte die sehr beschränkte Flüssigkeitsströmung durch den Bypass jedoch nur einen langsamen Druckaufbau in der Versorgungsleitung, so dass ein erheblicher Zeitverlust zwischen der Beendigung der Entnahme aus der Versorgungsleitung und dem Anhalten der Pumpe auftrat. Dies war besonders störend bei sehr niedrigen Strömungsmengen aus der Versorgungsleitung, bei denen die Steuereinrichtung bewirkte, dass der Pumpenmotor im Wechsel ein- und ausgeschaltet wurde.

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Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, hat der Anmelder die in seiner US-PS 3 106 894 "beschriebene Steuereinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage geschaffen, bei der ein Hauptventil verwendet wird, das durch einen ortsfesten Ventilsitz und einen beweglichen Ventilverschlusskörper gebildet wird, der unter der Steuerung einer auf Druck ansprechenden Betätigungseinrichtung betätigt wird, um den Druck in der Versorgungsleitung zu regeln, wenn der Versorgungsleitung eine normale Strömungsmenge entnommen wird; ein Zusatzventil ist zwischen dem oberen Ende des Schafts des Hauptventilverschlusskörpers und der Membran ausgebildet und so angeordnet, dass es öffnet, nachdem das Hauptventil geschlossen ist, um eine schnelle Füllung der Ausdehnungskammer zu bewirken. Bei dieser Einrichtung wird der Zeitverlust zwischen der Beendigung der Strömung und dem Anhalten der Pumpe herabgesetzt, wobei jedoch der Bauaufwand der Ventileinrichtung und demzufolge die Herstellungskosten erhöht werden. Da die Membran nicht mit dem Schaft oder Stößel des Hauptventils verbunden ist, erfolgt die Bewegung des Hauptventils in seine geschlossene Stellung durch die Membran nicht zwangsläufig, so dass die Ventileinrichtung gegen Fremdkörper empfindlich ist und in offener Stellung festklemmen kann, wenn sich Verunreinigungen an einem der relativ zueinander bewegten Teile festsetzen.

Bei einer Steuereinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage wurde versucht, die Membran, die das Ventil betätigt, um einen im wesentlichen gleichförmigen geregelten Druck in der Versorgungsleitung während normaler Entnahmeströmungen aus der Versorgungsleitung aufrechtzuerhalten, so anzuordnen, dass sie als kleine Ausdehnungskammer wirkt, um die Ein- und Ausschalt-

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häufigkeit des durch die Steuereinrichtung gesteuerten Pumpenmotors zu begrenzen, wenn das Wasser der Versorgungsleitung in einer Menge entnommen wird, die unterhalb der Bypassströmungsmenge liegt. Um die Verzögerung zwischen der Beendigung der Wasserentnahme und dem Abschalten des Pumpenmotors möglichst gering zu halten, werden Maßnahmen ergriffen, um die Ausdehnung der Membran zu begrenzen, wenn sich der Ventilverschlusskörper in seine geschlossene Stellung bewegt.

Auf diese Weise kann eine Steuereinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage geschaffen werden, die in vielen Anwendungsfällen zufriedenstellend arbeitet; Schwierigkeiten können jedoch in denjenigen Anwendungsfällen auftreten, wo zusätzliche Ausdehnungsräume in der Versorgungsleitung vorhanden sind, beispielsweise Windkessel zur Verhinderung von Wasserschlagen, oder zusätzliche pneumatisch beaufschlagte Speicherbehälter. In derartigen Anlagen ist die Einschaltzeit der Pumpe nach der Beendigung der Entnahme manchmal ausserordentlich lang. Schwierigkeiten können auch bei Anlagen auftreten, bei denen nichtstarre Rohrleitungen zwischen der Pumpe und der Steuereinrichtung für die Strömung verwendet werden. Bei diesen Anlagen erfolgt auf der Versorgungsleitungsseite der Steuereinrichtung ein Druckaufbau erheblich über den oberen Schalterbetätigungsdruck hinaus, wenn die Pumpe abgeschaltet ist. Die Ursache hierfür liegt in der Ausdehnung der nichtstarren Rohrleitungen auf der Einlasseite des Ventils, wenn die Pumpe arbeitet; dieses unter hohem Druck stehende Wasservolumen wird durch das Ventil hindurchgefördert, nachdem die Pumpe abgeschaltet ist.

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Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen können auch diese Schwierigkeiten überwunden werden. Die Steuereinrichtung weist einen Druckschalter auf, der auf den Druck in der Versorgungsleitung anspricht und bei vorgegebenen oberen und unteren Druckgrenzwerten betätigt wird, um den Pumpenmotor aus- bzw. einzuschalten, sowie ein Ventil, das die Strömung von der Pumpe zur Versorgungsleitung steuert. Das Steuerventil hat einen kreisringförmig nach innen ragenden Ventilsitz zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer und eine auf Druck ansprechende Betätigungseinrichtung, die auf den Druck in der Auslasskammer anspricht; ein Ventilverschlusskörper kann durch die druckabhängige Betätigungseinrichtung in unterschiedliche axiale Stellungen relativ zu dem Ventilsitz bewegt werden. Der Ventilverschlusskörper weist einen die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitt auf, der aus einer offenen Stellung auf einer Seite des Ventilsitzes zu einer die Strömung drosselnden Stellung bewegt werden kann, wobei er den Ventilsitz überbrückt. Der Ventilverschlusskörper weist einen die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitt auf, der auf einer offenen Stellung auf einer Seite des Ventilsitzes zu einer Stellung bewegt werden kann, in der.die Strömung gedrosselt werden kann und in der die Strömung gedrosselt werden kann und in der der Ventilabschnitt den Ventilsitz überbrückt, so dass die Strömung durch den Ventilsitz hindurch zunehmend gedrosselt wird, wenn die Entnahmeströmung aus der Versorgungsleitung geringer wird, so dass dadurch der Druck in der Versorgungsleitung in einem geregelten Druckbereich gehalten wird unter dem oberen Betätigungsdruck; der die Strömungsmenge beeinflussende Ventilabschnitt ist durch die druckabhängige Betätigungseinrichtung in eine zweite offene Stellung bewegbar auf der anderen

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Seite des Ventilsitzes, wenn die Entnahmeströmung aus der Versorgungsleitung unterbrochen wird, so dass eine größere Strömungsmenge zur Versorgungsleitung erreicht wird, um den Druck in der Versorgungsleitung und den Ausdehnungskammern in der Leitung auf den oberen Schalterbetätigungsdruck anzuheben und dadurch die Pumpe abzuschalten. Der Ventilverschlusskörper kann mit der auf Druck ansprechenden Betätigungseinrichtung noch in eine weitere axiale Stellung bewegt werden, um die Strömung von dem Einlass zur Versorgungsleitung zu unterbrechen, wenn der Druck in der Versorgungsleitung über den oberen Schalterbetätigungsdruck ansteigt, so dass auf diese Weise ein weiterer Druckanstieg in der Versorgungsleitung verhindert wird.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Wasserversorgungsanlage mit einer Steuereinrichtung,

Figur 2 einen Schnitt durch die Ventileinrichtung, wobei sich der Ventilverschlusskörper in seiner den Druck regelnden Stellung bei maximaler Entnahmeströmung aus der Versorgungsleitung befindet,

Figur 3 einen ,Teilschnitt durch die Ventileinrichtung gemäß Figur 2 in vergrößertem Maßstab, wobei sich der Ventilverschlusskörper in seiner die Strömung einschränkenden Stellung befindet, wenn die Efitnahme-

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strömung aus der Versorgungsleitung auf eine Strömungsmenge verringert ist, die geringer ist als die Bypassströmungsmenge,

Figur 4' einen Teilschnitt durch die Ventileinrichtung gemäß Figur 3 in vergrößertem Maßstab, wobei sich der Ventilverschlusskörper in seiner Stellung bei dem oberen Schalterbetätigungsdruck befindet,

Figur 5 einen Teilschnitt durch die Ventileinrichtung gemäß Figur 2 in vergrößertem Maßstab, wobei sich der Ventilverschlusskörper in seiner Verschlussstellung befindet,

Figur 6 einen Querschnitt durch den Ventilverschlusskörper längs der Linie 6-6 in Figur 3»

Figur 7 einen Querschnitt durch den Ventilverschlusskörper längs der Linie 7-7 in Figur 4,

Figur 8 einen Querschnitt durch den Ventilverschlusskörper längs der Linie 8-8 in Figur 5,

Figur 9 eine Seitenansicht des Ventilverschlusskörpers in einer Ebene, die rechtwinklig zur Ebene der Figur 3 steht, und

Figur 10 ein Diagramm, in dem die Änderungen des Pumpendrucks und des Versorgungsleitungsdrucks in Abhängigkeit von der aus der Versorgungsleitung austretenden Strömungsmenge dargestellt sind.

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In Figur 1 ist schematisch eine Wasserversorgungsanlage dargestellt mit einer Pumpe 10, die von einem Elektromotor 11 angetrieben wird, um Wasser durch eine Pumpenaustrittsleitung 12 zu einer Versorgungsleitung 13 zu liefern, die zu einer oder mehreren mit einem Ventil versehenen Zapfstellen 14a, 14b führt. Die Pumpe 10 ist vorzugsweise keine Verdrängerpumpe, um eine Überlastung des Pumpenmotors zu vermeiden, wenn die Strömung aus der Pumpe gedrosselt wird; es kann sich beispielsweise um eine Kreiselpumpe oder eine Strahlpumpe handeln. Wie schematisch in Figur 1 dargestellt, ist die Pumpe 10 in einem Brunnen 16 angeordnet, um das Wasser aus dem Bnmen durch die Austrittsleitung zur Versorgungsleitung zu pumpen; die Pumpe könnte auch so angeordnet werden, dass sie Wasser,aus einer anderen Versorgungsstelle entnimmt, beispielsweise einem Behälter oder einer anderen Pumpanlage, um den Wasserdruck über den Druck in der Wasserzufuhreinrichtung auf einen vorgewählten, im wesentlichen konstanten Druck in der Versorgungsleitung zu erhöhen. Ein Rückschlagventil 12a ist in der Pumpenaustrittsleitung vorgesehen, um den Druck in der Versorgungsleitung aufrechtzuerhalten, wenn die Pumpe angehalten wird.

Die Steuereinrichtung für die Wasserversorgungsanlage weist einen Druckschalter 20 auf, der das Anlaufen und Anhalten des Pumpenmotors jeweils bei einem vorgewählten unteren und oberen Druck in der Versorgungsleitung steuert, sowie ein auf Druck ansprechendes Strömungsventil 21, das die Strömung von der Pumpenaustrittsleitung 12 zur Versorgungsleitung 13 und zum Druckschalter 20 steuert. Der Druckschalter 20 ist von der Bauart, wie sie üblicherweise in Wasserversorgungsanlagen verwendet wird; wie scheiaatisch in Figur 2 dargestellt, weist er

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ein auf Druck ansprechendes Betätigungselement 21c auf, das bei einem vorgegebenen unteren Druck anspricht, beispielsweise 2,1 kg/cm (30 p.s.i.), um die den Motor steuernden Kontakte 20a und 20b zu schließen und dadurch den Pumpenmotor einzuschalten; der Druckschalter hält die Kontakte geschlossen, um den Pumpenmotor mit Spannung zu versorgen, bis der Druck auf einen vorgegebenen oberen· Druckgrenzwert angestiegen ist, beispielsweise 3,5 kg/cm (50 p.s.i.); dann öffnet der Druckschalter die den Motor steuernden Kontakte 20a, 20b und schaltet den Pumpenmotor ab. Die Kontakte 20a, 20b bleiben dann offen, bis der Druck wieder unter den unteren Betätigungsdruck für den Schalter abfällt. Derartige Druckschalter, die den Pumpenantriebsmotor bei vorgewählten unteren und oberen Druckgrenzwerten ein- und ausschalten, sind gebräuchlich und werden daher nicht näher beschrieben. Wie scheiatisch in Figur 1 dargestellt, sind der Pumpenmotor 11 und der Druckschalter 12 über Leitungen 17 bzw. 18, mit einer als Leitungen 19 dargestellten elektrischen Stromquelle an einem Anschlusskasten 19a verbunden; der druckbetätigte Motorsteuerungsschalter 20 ist entweder direkt oder über Relais mit dem Pumpenmotor verbunden, um diesen bei dem unteren bzw. oberen Druckgrenzwert ein- bzw. auszuschalten.

Die in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Ventileinrichtung 21 weist ein Ventilgehäuse 31 auf mit einer Einlasskammer 32, die beispielsweise über einen mit Gewinde versehenen Einlasskanal 33 mit der Pumpenaustrittsleitung 12 verbunden werden kann; eine Auslasskammer 34 kann beispielsweise durch einen mit Gewinde versehenen Auslasskanal 35 mit der Versorgungsleitung 13 verbunden werden; ein Ventilsitz 36 liegt zwischen der Einlass-

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kammer und der Auslasskammer. Der Druckschalter 20 ist so angeschlossen, dass er auf den Druck in der Versorgungsleitung 13 anspricht; das Ventilgehäuse ist mit einem Kanal 38 versehen, der mit der Auslasskammer 34 und dadurch·mit der Versorgungsleitung in Verbindung steht und über einen mit Gewinde versehenen Anschluss 39 mit dem Betätigungselement 20c des Druckschalters verbunden werden kann.

Das Steuerventil 21 weist einen Ventilverschlusskörper 41 auf, der zwischen verschiedenen axialen Stellungen relativ zu dem Ventilsitz 36 bewegbar ist, um die Strömung durch diesen Sitz zu beeinflussen, sowie ein auf Druck ansprechendes Betätigungselement 42, das mit dem Verschlusskörper 41 verbunden ist und auf den Druck in der Auslasskammer anspricht, um den Verschlusskörper in seine unterschiedlichen axialen Stellungen zu bewegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das auf Druck ansprechende Betätigungselement als flexible Membran ausgebildet, die an ihrem Umfang an einem Befestigungsflansch 43 des Ventilgehäuses angebracht ist und einen mittleren Abschnitt aufweist, der in einer Richtung axial zu dem Sitz 36 zwischen einer unteren Stellung (Figur 2) und einer oberen Stellung (Figur 5) bewegbar ist. Der Ventilverschlusskörper 41 ist mit dem mittleren Abschnitt der Membran verbunden und kann sich zusammen mit diesem bewegen; wie gezeigt, ist eine die Membran verstärkende Platte 44 an der Unterseite der Membran durch einstückig mit dieser ausgebildete, mit Köpfen versehene Vorsprünge 45 an der Membran befestigt, die sich durch Öffnungen 46 in der Membranverstärkungsplatte erstrecken. Der Verschlusskörper 41 hat einen Kopf 41a an einem Ende, der mit der Verstärkungsplatte beispielsweise durch eine Schraube 47 verbunden

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ist. Das Ventilgehäuse weist eine Membranwanne 51 an der Unterseite der Membran auf; diese Wanne ist so angeordnet, dass sie die Membran in ihrer unteren Stellung berührt und stützt; vorzugsweise liegt eine Membrananschlagplatte 53 über der Oberseite der Membran, um diese in ihrer oberen Stellung zu berühren und zu stützen.

Die Membranwanne 51 steht in offener Verbindung mit der Auslasskammer 34, so dass der Druck in der Auslasskammer auf die Unterseite der Membran wirkt. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um das Ventil federnd in seine untere Stellung zu drücken gegen die auf die Membran durch den Druck in der Auslasskammer ausgeübte Kraft; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine pneumatische Einrichtung vorgesehen, die auf das Ventil drückt und eine Druckglocke 55 aufweist mit einem Flansch 55a, der an dem Ventilgehäuse befestigt ist und dicht mit der Membran abschließt. Die Druckglocke erhält durch ein Ventil 56 einen pneumatischen Druck, der zwischen dem oberen und dem unteren Schalterbetätigungsdruck liegt. Wenn beispielsweise der obere und untere Schalterbetätigungsdruck 3,5 kg/cm bzw. 2,1 kg/cm (50 bzw./p.s.i.) beträgt, liegt der Druck in der Druckglocke beispielsweise bei 2,8 kg/cm (40 p.s.i.), wenn sich die Membran in ihrer unteren Stellung befindet, so dass sich die Membran und der Ventilverschlusskörper erst dann nach oben zu bewegen beginnen, wenn der Druck in der Auslasskammer über den vorgegebenen Druck von 2,8 kg/cm (40 p.s.i.) ansteigt. Die Membrananschlagplatte 53 hat eine oder mehrere öffnungen 53a, die eine freie Verbindung zwischen der Druckglocke und der Oberseite der Membran herstellen; die Druckglocke hat vorzugsweise ein Volumen, das mindestens um ein mehrfaches größer ist als das Verdrängungsvolumen der Membran bei ihrer Bewegung von ihrer unteren zu

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ihrer oberen Stellung, um die pneumatische Druckänderung in der Druckglocke während der Bewegung der Membran zwischen ihrer unteren und ihrer oberen Stellung möglichst gering zu halten.

Der Ventilverschlusskörper 41 hat einen Schaft 41b, der sich durch den Ventilsitz 36 erstreckt; die Querschnittsfläche des Schafts ist klein im Verhältnis zu der Querschnittsfläche des Ventilsitzes, so dass eine im wesentlichen unbeeinflusste Wasserströmung von der Einlasskammer 32 in die Auslasskammer möglich ist, wenn sich der Ventilverschlusskörper in seiner unteren Stellung befindet (Figur 2). Der Verschlusskörper weist ein die Strömung beeinflussendes Element oder Abschnitt 4Ίο auf, der im Abstand unterhalb des Ventilsitzes 36 angeordnet ist, wenn sich der Verschlusskörper in seiner unteren Stellung befindet (Figur 2); der die Strömung beeinflussende Ventilabschnitt ist nach oben zu dem Ventilsitz hin bewegbar, um die Strömung durch den Ventilsitz hindurch zu drosseln und den Druck in der Versorgungsleitung auf einen im wesentlichen konstanten Wert unterhalb des oberen Schaiterbetätigungsdrucks zu halten. Wenn beispielsweise die Druckglocke auf den genannten Wert von 2,8 kg/cm (40 p.s.i.) gebracht ist und wenn sich die Membran in ihrer unteren Stellung befindet, bewegen sich die Membran und das Ventilverschlussteil nach oben, wenn der Druck in der Auslas skammer über den genannten Wert von 2,8 kg/cm (40 p.s.i.) ansteigt; wenn der Druck in der Auslasskammer um mehrere Zehntel kg/cm über 2,8 kg/cm (40 p.s.i.) ansteigt, beispielsweise auf

3,1 kg/cm (44 p.s.i.), dann wird der Ventilverschlusskörper zu einer Zwischenstellung angehoben, wobei sich der die Strömung beeinflussende Abschnitt 41c durch den Ventilsitz 36 hindurch erstreckt. Der die Strömung beeinflussende Abschnitt 41c ist

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so bemessen, dass er durch den Ventilsitz hindurchreicht, wenn sich der Verschlusskörper in seiner mittleren Stellung befindet, wobei die Strömung durch den Ventilsitz hindurch auf eine verhältnismäßig kleine Bypassströmungsmenge beschränkt wird. Während der die Strömung beeinflussende Abschnitt 41c des VentilVerschlusskörpers die Form einer flachen Scheibe haben kann, die so bemessen ist., dass sie den Ventilsitz überbrückt, ist dieser Abschnitt in bevorzugter Ausführungsform so gestaltet, wie in der Zeichnung dargestellt; er weist eine Querschnittsfläche auf, die von der Querschnittsfläche des Schafts allmählich bis zur vollen Querschnittsfläche des Ventilsitzes am Abschnitt 41c des Verschlusskörpers zunimmt, um die Strömung durch den Ventilsitz hindurch während eines -längeren Hubmbschnitts des Verschlusskörpers allmählich zu drosseln.

Die Bypassströmungsmenge bestimmt für die Versorgungsleitung die kleinste Entnahmemenge, bei der das Ventil einen im wesentlichen gleichförmigen geregelten Druck in der Versorgungsleitung aufrechterhält; es ist erwünscht, diese Bypassströmungsmenge sehr klein zu machen, beispielsweise in der Größenordnung von 0,4 l/Minute (1/10 gallon pro Minute). Aus später noch näher erläuterten Gründen ist die Bypassöffnung an dem Ventilverschlusskörper 41 vorgesehen und hat die Form einer schmalen Kerbe 41c^f (Figur 9) am Umfang des die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitts 41c; diese Kerbe ermöglicht die genannte Bypassströmung durch den Ventilsitz hindurch, wenn sich der die Strömung beeinflussende Ventilabschnitt in seiner Mittelstellung befindet, wo er den Ventilsitz überbrückt. Um eine Dichtung um den die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitt außer an der Kerbe 41c¹ aufrechtzuerhalten, ist der

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Ventilsitz 36 vorzugsweise aus elastischem Material gebildet, das sich radial ausdehnen und zusammenziehen kann, um den die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitt 41c zu berühren. Wie am besten aus den Figuren 3 bis 5 zu ersehen, hat der Ventilsitz 36 die Form eines Kreisrings aus elastischem Material, beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen-Polymer, und ist vorzugsweise an seiner Unterseite mit einer Nut 36a versehen, um eine Lippendichtung zu bilden. Der Ventilsitzring wird in seiner Stellung durch einen Sprengring 36b gehalten; eine elastische Dichtung 36c aus Gummi oder dergleichen ist vorzugsweise zwischen dem ringförmigen Ventilsitz und dem Ventilverschlusskörper angeordnet, um eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen diesen Teilen zu bilden.

Der obere Grenzwert des geregelten Druckbereiches liegt wesentlich unterhalb des oberen Schalterbetätigungsdrucks; der Bypasskanal 41c^! in dem die Strömung beänflussenden Ventilabschnitt 41c ermöglicht eine beschränkte Flüssigkeitsströmung aus der Einlasskammer zur Auslasskammer, damit der Druck in der Auslasskammer und der Versorgungsleitung ansteigen kann. Wenn sich die Membran 42 von ihrer unteren Stellung (Figur 2) in die obere Schalterbetätigungsstellung (Figur 4) bewegt, wirkt sie als kleine Ausdehnungskammer in der Versorgungsleitung. In manchen Fällen ist es aber auch erwünscht, Luftkammern (Windkessel) in der Versorgungsleitung vorzusehen, um Wasserschläge zu verhindern; manchmal ist es auch erwünscht, einen zusätzlichen, pneumatisch beaufschlagten Wasserspeicherbehälter 62 in der Versorgungsleitung vorzusehen, um die Häufigkeit des Ein- und Ausschaltens des Pumpenmotors durch die Steuereinrichtung zu verringern, wenn Wasser aus der Versorgungsleitung in Mengen

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entnommen wird oder ausströmt, die unter der Bypassströmungsmenge liegen. Wenn der gesamte Ausdehnungsvolumen in dem Versorgungsleitungssystem einschließlich des Ausdehnungsvolumens der Membran 42, wenn sich diese von ihrer unteren zu ihrer oberen Stellung.bewegt, und des Ausdehnungsvolumens von Luftkammern, wie sie am Beispiel des Windkessels 61 dargestellt sind und die zur Verhinderung von Wasserschlägen verwendet werden, und anderer pneumatisch beaufschlagter Speicherbehälter groß ist, kann die Laufzeit der Pumpe nach dem Anhalten der Strömung aus der Versorgungsleitung ausserordentlich lang werden. Um die Zeit zu verringern, die erforderlich ist, um einen Druckaufbau im System herbeizuführen, nachdem die Entnahme beendigt ist, ist der die Strömung beeinflussende Ventilabschnitt 41c so bemessen, dass er axial durch den Ventilsitz hindurch in eine zweite offene Stellung auf der Auslasskammerseite des Ventilsitzes bewegt werden kann; der Verschlusskörper 41 ist mit einem die Strömung begrenzenden Abschnitt 41d versehen, der im Abstand unterhalb des Ventilkörperabschnitts 41c angeordnet ist. Der die Strömung begrenzende Abschnitt 41d des Ventilverschlusskörpers hat eine Querschnittsfläche, die kleiner ist als die größte Querschnittsfläche des die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitts 41 c, aber größer als die Querschnittsfläche des Schafts 41b, so dass die Strömung von der Einlasskammer zur Auslasskammer auf eine Menge begrenzt wird, die oberhalb der Bypassströmungsmenge und unterhalb der gesamten Pumpenfördermenge liegt, um ein schnelles Füllen und einen Druckaufbau der Auslasskammer und der Versorgungsleitung auf den oberen Schalterbetätigungsdruck zu erreichen.

Wenn der Druck in der Auslasskammer den oberen Schalterbetätigungsdruck erreicht, wird die Pumpe abgeschaltet und das Rück-

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schlagventil 12a in der Pumpenaustrittsleitung schließt sich, um den Druck in dem System zu halten. Wenn die Pumpenaustrittsleitung nicht starr ausgeführt ist, sondern "beispielsweise ein Kunststoffrohr von größerer Länge zwischen der Pumpe und dem Strömungssteuerventil 21 verwendet wird, dann bewirkt der Druck an der Austrittsseite der Pumpe, der das Kunststoffrohr beaufschlagt, dass sich das Rohr etwas ausdehnt, wenn die Pumpe arbeitet. Wenn die Pumpe abgeschaltet und das Rückschlagventil 12a geschlossen ist, zieht sich das Kunststoffrohr zusammen und drückt eine unter hohem Druck stehende Wassermenge durch das Ventil in die Versorgungsleitung. Dies kann zu einem weiteren Druckanstieg in der Versorgungsleitung führen. Um einei unzulässig hohen Druckanstieg in der Versorgungsleitung über den oberen Schalterbetätigungsdruck zu verhindern, ist der Ventilverschlusskörper 41 mit einem die Strömung unterbrechenden Abschnitt 41e versehen, der axial im Abstand unterhalb des die Strömung begrenzenden Abschnitts 41d so angeordnet ist, dass er den Ventilsitz verschließt und die Strömung unterbricht, wenn der Ventilverschlusskörper in seine obere Entstellung bewegt wird (Figur 5). Wie' gezeigt, ist der die Strömung unterbrechende Abschnitt 41e so bemessen, dass er den Ventilsitz 36 überbrückt; er weist eine elastische Dichtungsfläche in Form eines O-Rings auf, der den Sitz 36 berührt, um an dieser Stelle zu dichten.

Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung für die Wasserversorgüngsanlage wird nachfolgend anhand des Diagramms in Figur noch näher erläutert. Es soll beispielsweise angenommen werden, dass der Druckschalter 20 so ausgelegt ist, dass er die Pumpe bei einem vorgewählten unteren Schalterbetätigungsdruck von

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2,1 kg/cm (30 p.s.i.) einschaltet, der in Figur 10 mit S^ bezeichnet ist; die Pumpe wird bei einem vorgewählten oberen

Schalterbetätigungsdruck von beispielsweise 3,5 kg/cm (50 p.s.i.) abgeschaltet, der in Figur 10 mit Sp bezeichnet ist. Die Druckglocke 55 ist mit einem pneumatischen Druck von beispielsweise 2,8 kg/cm (40 p.s.i.) belastet, wenn sich die Membran in ihrer in Figur 2 gezeigten unteren Stellung befindet; dieser Druck liegt zwischen dem unteren und oberen Schalterbetätigungsdruck. Wenn eines der Zapfventile I4a, 14b in der Versorgungsleitung geöffnet wird, sinkt der Druck in der Versorgungsleitung unter den unteren Schalterbetätigungsdruck S^ ab und die Pumpe wird eingeschaltet,, Wenn die Pumpe eingeschaltet ist, erhöht sie

rasch den Druck in der Versorgungsleitung auf· 2,8 kg/cm (40 p.s.i.) und die Membran beginnt sich in diesem Augenblick /nach oben zu bewegen und bewegt den die Strömung beeinflussenden Ventilabschnitt 41 c in Richtung auf den Ventilsitz, so'dass die Strömung von der Einlasskammer zur Auslasskammer gedrosselt und der Druck in der Auslasskammer und der Versorgungsleitung auf einem Wert unter dem oberen Schalterbetätigungsdruck gehalten wird. Der die Strömung beeinflussende Ventilabschnitt 41c arbeitet so, dass die Strömung durch den Ventilsitz 36 hindurch in einem verhältnismäßig kleinen Teil des Gesamthubes des Ventilverschlusskörpers geregelt wird, wenn sich dieser von seiner unteren Stellung (Figur 2) in seine Zwischenstellung (Figur 3) bewegt, wo er den Ventilsitz überbrückt; dies geschieht infolge einer verhältnismäßig kleinen Druckänderung in der Auslasskammer an der Unterseite der Membran. Beispielsweise bewegt sich die Membran aus ihrer unteren Stellung (Figur 2) mit dem Ventilverschlusskörper in dessen vollständig geöffnete Stellung bei

einem Druck von 2,8 kg/cm (40 p.s.i.), der in Figur 1 mit

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bezeichnet ist; die Membran bewegt sich nach oben zu einer Zwischenstellung, in der der die Strömung beeinflussende "Ventilabschnitt den Ventilsitz,wie in Figur 3 gezeigt, überbrückt, und zwar bei einem Druck, der nur wenige Zehntel kg/cm höher ist als der Druck Pr _Λ , beispielsweise bei einem Druck von

p I

3,1 kg/cm (44 p.s.i.)» der in Figur 10 mit Pr₂ bezeichnet ist. Wenn die Pumpe arbeitet, ändert sich der Pumpenaustrittsdruck in der Pumpenaustrittsleitung 12 so, wie es durch die Druck-Strömungs-Kurve Pd in Figur 10 dargestellt ist. Wenn jedoch die Strömungsmenge aus der Versorgungsleitung über der Bypassströmungsmenge liegt, betätigt die Membran 42 den Ventilverschlusskörper so, dass die Strömung von der Pumpenaustrittsleitung 12 zur Versorgungsleitung 13 gedrossel wird und der Versorgungsleitungsdruck im wesentlichen konstant in einem Bereich gehalten wird zwischen Pr^, wenn die Strömungsmenge aus der Versorgungsleitung der gesamten Pumpenströmungsmenge bei diesem Druck gleicht (F^ in Figur 10), und einem etwas höheren Druck Pr₂* wenn die Strömungsmenge aus der Versorgungsleitung auf die mit F₂ in Figur 10 gezeigte Menge gedrosselt wird, die gerade oberhalb der Bypassströmungsmenge liegt.

Wenn die Strömungsmenge aus der Leitung unter die Bypassströmungsmenge F₂ gedrosselt oder die Strömung unterbrochen wird, tritt eine beschränkte Wassermenge durch den Bypass 41c¹ in die Auslasskammer, beispielsweise eine Menge von ungefähr 0,4 l/Minute (1/10 gallon pro Minute). Wenn der Druck in der Auslasskammer etwas über Pr₂ ansteigt, beispielsweise auf den in Figur 10 bezeichneten Druck P^, der 0,07 bis 0,14 kg/cm² (1 bis 2 p.s.i.) über dem Druck Pr₂ liegt, dann bewegt sich der die Strömung beeinflussende Ventilabschnitt durch den Ven-

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tilsitz hindurch zu einer zweiten offenen Stellung auf der anderen Seite des Ventilsitzes und der die Strömung begrenzende Abschnitt 41d bewegt sich in seine Stellung an dem Ventilsitz. Die durch den Ventilsitz hindurchtretende Strömungsmenge wird daher auf einen Strömungsmengen-Zwischenwert F, (Figur 10) erhöht, der wesentlich über der Bypassströmungsmenge und unterhalb der gesamten Pumpenaustrittsmenge liegt, um eine schnelle Füllung und Druckaufbau der Versorgungsleitung und aller Ausdehnungskammern in der Versorgungsleitung zu ermöglichen. Der Druck in der Versorgungsleitung wird daher rasch auf den oberen Schalterbetätigungsdruck S₀ aufgebaut, um die Pumpe abzuschalten, beispielsweise auf 3,5 kg/cm (50 p.s.i.). Wenn die Pumpenaustrittsleitung 12 nicht starr ist, sondern beispielsweise ein Kunststoffrohr, zieht sich die Austrittsleitung 12 zusammen, wenn die Pumpe abgeschaltet ist, und drückt Wasser durch das Ventil 21. Dadurch wird der Druck in der Versorgungsleitung 13 über den oberen Schalterbetätigungsdruck erhöht; wenn sich der Druck in der Versorgungsleitung etwas über den oberen Schalterbetätigungsdruck erhöht, beispielsweise auf einen Druck P^ (Figur 10) von 3»9 kg/cm (55 p.s.i.), bewegt sich die Membran nach oben in die in Figur 5 gezeigte Stellung, in der der verschließende Abschnitt 41e des Ventilverschlusskörpers den Ventilsitz verschließt, um die Strömung zur Versorgungsleitung zu unterbrechen und einen weiteren Druckaufbau in der Versorgungsleitung zu verhindern.

Es wurde eine Steuereinrichtung für eine Wassersversorgungsanlage beschrieben mit einer motorgetriebenen Pumpe, die Wasser durch eine Versorgungsleitung zu einer oder mehreren mit Ventilen versehenen Zapfstellen fördert. Die Steuereinrichtung

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weist einen Druckschalter auf, der auf den Druck in der Versorgungsleitung anspricht und bei einem vorgegebenen oberen und unteren Druckgrenzwert betätigt wird, um den Pumpenmotor abzuschalten bzw. einzuschalten, sowie ein Steuerventil zur Steuerung der Strömung von der Pumpe zur Versorgungsleitung, das während der normalen Strömung aus der Versorgungsleitung betätigbar ist, um den Druck in der Versorgungsleitung in einem vorgegebenen Druckbereich unter dem oberen Schalterbetätigungsdruck zu halten, und betätigbar ist, wenn die Strömung aus der Versorgungsleitung beendet ist, um einen schnellen Druckaufbau in der Versorgungsleitung auf den oberen Schalterbetätigungsdruck zu bewirken. Im Steuerventil ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Strömung zur Versorgungsleitung zu unterbrechen, wenn der Druck über den oberen Schalterbetätigungsdruck ansteigt, um einen weiteren Anstieg in der Versorgungsleitung zu verhindern.

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Claims

Patentansprüche

(1 Λ Steuereinrichtung für eine Wasserversorgungsanlage mit einer motorgetriebenen Pumpe, die Wasser durch eine Versorgungsleitung zu einer oder mehreren mit Ventilen versehenen Zapfstellen pumpt, wobei das Einschalten und Ausschalten des Pumpenmotors durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, um den Druck des zur Versorgungsleitung geförderten Wassers in einem engen geregelten Druckbereich zu halten, wenn sich die Strömungsmenge aus der Versorgungsleitung über einen großen Strömungsmengenbereich verändert zwischen einer geringen Bypassströmungsmenge und der gesamten Pumpenaustrittsmenge in dem geregelten Druckbereich, wobei die Steuereinrichtung ein Ventilgehäuse aufweist mit einem ringförmig nach innen vorspringenden Ventilsitz, eine Einlasskammer auf einer Seite des Ventilsitzes, die mit der Pumpe verbunden Werden kann, und mit einer Auslasskammer auf der anderen Seite des Ventilsitzes, die mit der Versorgungsleitung der Wasserversorgungsanlage verbunden werden kann, mit einem druckbetätigten Motorsteuerschalter, der auf den Druck in der Auslasskammer anspricht, um den Motor einzuschalten, wenn der Druck in der Äuslasskammer einen vorgegebenen unteren Schalterbetätigungsdruck erreicht, der unter dem geregelten Druckbereich liegt, und um den Pumpenmotor abzuschalten, wenn der Druck in der Auslasskammer einen vorgegebenen oberen Schalterbetätigungsdruck erreicht, der über dem geregelten Druckbereich liegt, mit einer am Umfang an dem Ventilgehäuse befestigten Membran an der Auslasskammerseite des Ventilsitzes, deren eine Seite dem Flüssigkeitsdruck in der Austrittskammer ausgesetzt ist,

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mit einem Ventilverschlusskörper, der mit der Membran an der Auslasskammerseite des Sitzes verbunden ist und sich durch·den Sitz in die Einlasskammer erstreckt, mit einer federnd auf das Ventil einwirkenden Einrichtung, die die Membran in Richtung auf den Ventilsitz gegen die Kraft des Flüssigkeitsdrucks drückt, der auf eine Seite der Membran wirkt, um den Ventilverschlusskörper in eine erste axiale Stellung zu bewegen, wenn der Druck in der Auslasskammer unter dem geregelten Druckbereich liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) in Abhängigkeit von dem Druck in der Auslasskammer (34) betätigt wird, um den Ventilverschlusskörper (41) aus der ersten axialen Stellung (Fig.2) in eine zweite axiale Stellung (Fig. 3) zu bewegen, wenn der Druck in der Auslasskammer (34) zur oberen Grenze des geregelten Druckbereichs ansteigt, und um den Ventilverschlusskörper (41) in eine dritte axiale Stellung (Fig. 4) zu bewegen, wenn der Druck in der Auslasskammer auf einen Wert über dem geregelten Druckbereich und unter dem oberen Schalterbetätigungsdruck ansteigt, dass der Ventilverschlusskörper (41) einen Schaftabschnitt (41b) von verringertem Durchmesser aufweist und einen größeren, die Strömung beeinflussenden Abschnitt (41c) und einen die Strömung begrenzenden Abschnitt (41d) an axial unterschiedlichen Stellen derart, dass der Schaftabschnitt (41b) in Höhe des Ventilsitzes (36) in der ersten axialen Stellung (Fig. 2) des Ventilverschlusskörpers (41) liegt, dass der die Strömung beeinflussende Abschnitt (41 c) am Ventilsitz (36) in der zweiten axialen¹ Stellung (Fig. 3) des Ventilverschlusskörpers (41) liegt und dass der die Ströeung begrenzende Abschnitt (41d) an dem Ventilsitz (36) in der dritten «xialen St»l-

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.lung (Fig.4) des Ventilverschlusskörpers (41) liegt, dass der Schaftabschnitt (41 b) eine Querschnittsfläche hat, die klein ist im Vergleich zu dem Ventilsitz (36), um eine verhältnismäßig unbehinderte Strömung durch den Ventilsitz hindurch zu ermöglichen, dass der die Strömung beeinflussende Abschnitt (41c) eine Querschnittsfläche hat, die so groß ist,' dass sie im wesentlichen den Ventilsitz (36) überbrückt und die Strömung durch diesen hindurch beschränkt auf die geringe Bypasströmungsmenge, und dass der die Strömung begrenzende Abschnitt (41d) eine Querschnittsfläche hat, die zwischen der des Schaftabschnitts (41b) und der des die Strömung beeinflussenden Abschnitts (41c) liegt,um die Strömung durch den Ventilsitz (36) hindurch zu begrenzen, wenn der Druck in der Auslasskammer (34) über den geregelten Druckbereich ansteigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) so betätigt wird, dass der Ventilverschlusskörper (41) in eine vierte axiale Stellung (Fig. 5) bewegt wird, wenn der Druck in der Auslasskammer (34) auf einen Wert oberhalb des oberen Schalterbetätigungsdrucks ansteigt, und dass der Ventilverschlusskörper (41) einen die Strömung unterbrechenden Abschnitt (41e) aufweist, der so bemessen ist, dass er den Ventilsitz (36) vollständig verschließt und die Strömung durch den Ventilsitz hindurch unterbricht, um einen weiteren Druckanstieg in der Auslasskammer (34) zu begrenzen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Strömung beeinflussende Abschnitt (4ic) des

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Ventilverschlusskörpers (41) an der der Einlasskammer (32) zugekehrten Seite des Ventilsitzes (36) in der ersten axialen Stellung (Fig. 2) des Ventilverschlusskörpers (41) angeordnet ist und dass der die Strömung beeinflussende Abschnitt (41c) des Ventilverschlusskörpers (41) auf der der Auslasskammer (34) zugekehrten Seite des Ventilsitzes (36) in der dritten axialen Stellung (Fig. 4) des Ventilverschlusskörpers angeordnet ist.

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