AT509272B1 - Thermostatventil - Google Patents

Abstract

Thermostatventil mit einem auf einer Achse (12) gelagerten Hebel (11), der einen langen und einen kurzen Hebelarm aufweist, mit einem beweglichen Ventilschaft (6), welcher mit einem Thermostatkopf (5) und mit dem kurzen Hebelarm zusammenwirkt, mit einem am langen Hebelarm angeordneten Schließkörper (7), mit einem Abdichtmittel, durch welches der lange Hebelarm hindurch verläuft, und mit einer Feder (10), die eine Kraft auf den Schließkörper (7) in Richtung dessen Abhebens vom Sitz (8) ausübt, wobei die Schwenkachse (12) des Hebels (11) in einem Nichtflüssigkeits-Hohlraum (13) des Ventils angeordnet und das Abdichtmittel in Form einer gewellten Membran (9) ausgebildet ist, wobei der Hebel im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist, wobei ein zweiter kurzer Hebelarm im Nichtflüssigkeits-Hohlraum dem einen kurzen Hebelarm in Bezug auf die Schwenkachse (12) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die Feder (10) im Nichtflüssigkeits-Hohlraum (13) des Ventils untergebracht ist und mit dem zweiten kurzen Hebelarm zur Übertragung der Kraft über den Hebel (11) auf den beweglichen Ventilschaft (6) und den Schließkörper (7) zusammenwirkt.

Description

österreichisches Patentamt AT509 272B1 2012-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil mit einem auf einer Achse gelagerten Hebel, der einen langen und einen kurzen Hebelarm aufweist, mit einem beweglichen Ventilschaft, welcher mit einem Thermostatkopf und mit dem kurzen Hebelarm zusammenwirkt, mit einem am langen Hebelarm angeordneten Schließkörper, mit einem Abdichtmittel, durch welches der lange Hebelarm hindurch verläuft, und mit einer Feder, die eine Kraft auf den Schließkörper in Richtung dessen Abhebens vom Sitz (8) ausübt. Ein solches Thermostatventil kann insbesondere für Heizgeräte (Radiatoren, Konvektoren usw.) verwendet werden.

[0002] Thermostatventile sind beispielsweise aus EP 322 855 A2, RU 2182998, RU 2112270, RU 2191943, RU 2191310, DE 3529614 und DE 19510530 bekannt.

[0003] Das in der EP 322 855 A2 beschriebene Thermostatventil weist einen auf einer Achse gelagerten Hebel mit einem langen und einem kurzen Hebelarm, einen beweglichen Ventilschaft, welcher mit einem Thermostatkopf und mit dem kurzen Hebelarm zusammenwirkt, einen am langen Hebelarm angeordneten Schließkörper, ein Abdichtmittel, durch welches der Hebel hindurch verläuft, und eine Feder auf, die eine Kraft auf den Schließkörper in Richtung dessen Abhebens vom Sitz ausübt. Dabei ist das Abdichtmittel in Form eines voluminösen elastischen Elements mit einer Manschette ausgebildet.

[0004] Im Absperrventil nach der DE 3438232 A1 ist ein Schließkörper am Ventilstößel befestigt, der axial und in Richtung des Verschließens verschiebbar ist. Eine Membran ist mit dem Schließkörper des Ventils einstückig ausgebildet. Im Betrieb dieses Absperrventils wird die ganze auf die Membran wirkende, durch den Druck der Flüssigkeit erzeugte Kraft auf den Ventilstößel direkt und über den Hebel auf die mit dem Thermostatkopf verbundene Stange übertragen, was den Einsatz einer Feder erfordert, deren Steifigkeit ausreicht, um dieser Kraft entgegenzuwirken.

[0005] In der CH 319701 A ist ein Ventil gezeigt, dessen Schließkörper über mehrere Hebel mit dem Kern eines elektrischen Zugmagneten verbunden ist, wobei die Hebelanordnung als Abdichtmittel eine ebene elastische Membran mit einem elastischen Stutzen aufweist.

[0006] Das Thermostatventil gemäß DE 3529614 weist ein Gehäuse, an welchem ein Ventilschaft angebracht ist, der durch eine Stopfbuchse hindurch nach außen vorsteht, zur Betätigung des Schließkörpers des Ventils, einen oberen Thermostatteil, der ein Thermostatelement (TSE) enthält, und einen dadurch beweglichen Stößel auf, wobei das Kopfstück des Stößels mit dem Ventilschaft zusammenwirkt.

[0007] Das Thermostatelement kann Füllungen in Form von Sattdampf (und dann in Abhängigkeit vom Dampfdruck, welcher von der Temperatur abhängt, arbeiten), in Form einer Flüssigkeit (und es arbeitet dann in Abhängigkeit von der Wärmeausdehnung dieser Flüssigkeit) oder in Form von wachsförmigen Materialien aufweisen.

[0008] Der Ventilschaft führt unter der Wirkung des Thermostatelements eine hin- und hergehende Bewegung aus, wobei er den Schließkörper aus der geöffneten Position in die geschlossene bewegt. Eine Ausgleichsfeder schützt das Ventil vor Zerstörung. In Anbetracht der Nutzungsdauer des Ventils (die führenden Hersteller garantieren etwa eine Million Betätigungen) stellen die Ventilschaftdichtungen, welche als Gummiringe mit ringförmigem Querschnitt ausgeführt sind, das verletzlichste Element dar, und zwar aufgrund des Verschleißes, der durch die Reibung des Gummis am Metall des Ventilschaftes verursacht wird und durch Verunreinigungen verstärkt wird, die in dem Wärmeaustauschmedium enthalten sind. Da ein Ausfall von Dichtungen ein Austreten des Wärmeaustauschmediums und ein Überfluten des Raumes zur Folge hat, ist es erforderlich, periodisch solche Thermostatventile zu warten und diese Dichtungen auszuwechseln. Das Auswechseln der Dichtungen erfordert, dass die Hauptleitung des Wärmeaustauschmediums abgesperrt und wenigstens teilweise entleert wird, und dass das Ventil von einem qualifizierten Fachmann zerlegt wird.

[0009] Eine wichtige Rolle für die durchzuführende Regelungsfunktion spielt die Größe des 1 /5 österreichisches Patentamt AT509 272B1 2012-12-15

Weges des Schließkörpers relativ zum Sitz in Reaktion auf eine Änderung der Raumtemperatur um 1 °C. Je größer der Weg ist, desto sanfter ist der Regelungsprozess, desto größer ist die Energieeinsparung und desto einfacher die Verwendung des Ventils. Der Ventilweg hängt hauptsächlich von dem Füllmaterial des Thermostatkopfes ab, er hängt jedoch ferner von der Größe und vom Typ der Aneroid-Kammer ab, welche zum Beispiel ein Faltenbalg ist. Die besten Verstärkungsfaktoren für gegenwärtige Thermostatventile betragen etwa 0,35 mm/1 °C für ein Dampf-Füllmittel und 0,2 bis 0,28 mm/1 °C für ein flüssiges Füllmittel.

[0010] RU 2112270 offenbart ein Thermostatventil für einen Radiator, welches ähnlich dem oben beschriebenen ist, jedoch einen Weg des Schließkörpers relativ zum Sitz aufweist, der größer ist als der Weg des Stößels des Thermostatelements. Hierbei wird das Problem gelöst, indem zwischen dem Stößel des Thermostatelements und dem Schaft des Thermostatventils ein Hubverstärker angebracht ist. Der axiale Weg des Stößels wird verwendet, um das verstärkende Element in die Richtung zu bewegen, in der es nachgiebig ist.

[0011] Bei Anforderungen an die Aufrechterhaltung einer Temperatur in einem Raum mit einer Genauigkeit von 2 °C ist jedoch das Zusammendrücken der Feder durch den inneren Druck des Wärmeaustauschmediums ein wesentlicher Faktor. Der Standard DS/EN 215-1, Pkt. 5.2.8, schreibt vor, dass die Abhängigkeit der Ventilcharakteristik vom statischen Druck einen Wert von T = 1 °C/10 bar nicht überschreiten darf, was für P = 10 bar bereits einen Fehler von 50 % in Bezug auf die Genauigkeit der Temperatureinhaltung von 2 °C darstellt.

[0012] Diese technische Lösung weist auch gewisse Nachteile hinsichtlich der Abdichtung des Ventilschaftes, was mögliche Undichtigkeiten nach sich zieht, und hinsichtlich der Abhängigkeit der Ventilcharakteristik vom Wert des Arbeitsdruckes auf.

[0013] Somit weisen alle Lösungen nach dem Stand der Technik einen gemeinsamen Nachteil auf, dass sie nämlich aufgrund des hohen Verschleißes unzuverlässig sind und ferner ihre Charakteristik von Druckdifferenzen in der Hauptleitung des Wärmeaustauschmediums abhängt.

[0014] Die DE 10119257 A1 zeigt ein Thermostatventil mit einem beweglichen Ventilschaft, welcher mit einem Thermostatkopf zusammenwirkt und durch ein Anschlussstück (Fitting) hindurch verläuft, und mit einem Schließkörper, der mit einem Zwischenraum relativ zum Sitz angebracht ist, wobei die Symmetrieachse des beweglichen Ventilschaftes mit der Symmetrieachse des Thermostatkopfes und des Anschlussstückes zusammenfällt, und der Nichtflüssig-keits-Hohlraum mit einer flexiblen gewellten Membran abgedichtet ist. Bei dieser Ausbildung löst sich jedoch der bewegliche Ventilschaft, während er zusammen mit der Membran einen Weg zurücklegt, der gleich dem Weg des Ventilschaftes ist, von dem Fuß, an welchem er in der obersten Position anlag, und ein Teil der „gelösten" Membran ist der Kraft von dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt. Da dieser Druck 9,81 bar (10 at) erreichen kann, beginnt eine beträchtliche Kraft über den beweglichen Ventilschaft auf den Thermostatkopf einzuwirken, wodurch sie den Kopf, aufgrund der spezifischen Konstruktionsmerkmale desselben, daran hindert, das Ventil zu schließen.

[0015] Die Erfindung zielt auf eine Ausbildung des Thermostatventils ab, bei der eine Erhöhung der Genauigkeit der Durchflussregelung eines Wärmeaustauschmediums u.a. dadurch ermöglicht wird, dass der Einfluss des Drucks des Wärmeaustauschmediums beseitigt und der bewegliche Ventilschaft nicht mehr der direkten Wirkung des Flüssigkeitsdruckes ausgesetzt wird.

[0016] Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Thermostatventil der eingangs angeführten Art vor, wobei die Schwenkachse des Hebels in einem Nichtflüssigkeits-Hohlraum des Ventils angeordnet und das Abdichtmittel in Form einer gewellten Membran ausgebildet ist, der Hebel im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist, ein zweiter kurzer Hebelarm im Nichtflüssigkeits-Hohlraum dem einen kurzen Hebelarm in Bezug auf die Schwenkachse gegenüberliegend angeordnet ist, und die Feder im Nichtflüssigkeits-Hohlraum des Ventils untergebracht ist und mit dem zweiten kurzen Hebelarm zur Übertragung der Kraft über den Hebel auf den beweglichen Ventilschaft und den Schließkörper zusammenwirkt. 2/5 österreichisches Patentamt AT509 272B1 2012-12-15 [0017] In der einzigen Zeichnung ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll und das nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert wird, dargestellt: [0018] Figur 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Thermostat ventil.

[0019] Das gezeigte Thermostatventil enthält ein Gehäuse 1, einen Einlass 2, einen Auslass 3, ein Anschlussstück 4 (Fitting), einen Thermostatkopf 5, einen beweglichen Ventilschaft 6, einen Schließkörper 7, einen Sitz 8, eine gewellte Membran 9, eine Feder 10, einen Hubverstärker 11 in Form eines T-förmigen Hebels mit unterschiedlichen Hebelarmen, eine Achse 12 und einen Nichtflüssigkeits-Hohlraum 13.

[0020] Bei diesem Thermostatventil verläuft der bewegliche Ventilschaft 6, der mit dem Thermostatkopf 5 zusammenwirkt, durch das Anschlussstück 4 hindurch, wobei die Symmetrieachse des beweglichen Ventilschaftes 6 mit der Symmetrieachse des Thermostatkopfes 5 und des Anschlussstückes 4 zusammenfällt.

[0021] Der bewegliche Ventilschaft 6 wirkt mit dem einen kurzen, in der Figur rechten Hebelarm des Hubverstärkungs-Hebels 11 zusammen, welcher auf einer Achse 12 angebracht ist, die im Inneren eines Nichtflüssigkeits-Hohlraums 13 positioniert ist. An dem langen Hebelarm des Hubverstärkungs-Hebels 11 ist der Schließkörper 7 mit einem Zwischenraum relativ zum Sitz 8 angebracht, um einen Hub des Schließkörpers 7 vorzusehen, der größer ist als der Hub des beweglichen Ventilschafts 6.

[0022] Die Achse 12 nimmt die an der gewellten Membran 9 entstehende Kraft von dem Druck der Flüssigkeit (Wärmeaustauschmedium) auf, wodurch sie den beweglichen Ventilschaft 6 von der direkten Wirkung des Flüssigkeitsdruckes entlastet.

[0023] Sofern der Rollreibungskoeffizient beispielsweise den Wert 0,05 nicht überschreitet, erzeugt die Kraft, mit welcher der Hebel 11 auf die Achse 12 drückt, ein unwesentliches Reibmoment, wenn der Hebel 11 um die Achse schwenkt, und belastet den Thermostatkopf nur unwesentlich, wodurch die Betriebslebensdauer sowohl des Thermostatkopfes als auch des Thermostatventils selbst beträchtlich erhöht wird.

[0024] Wenn der Hebel 11 verschwenkt wird, führt die Membran 9 an der Stelle, an der sie bezüglich des Hebels 11 abgedichtet ist, keine Bewegungen entlang von dessen Achse aus; es tritt lediglich eine Verformung von Wellen der Membran 9 ein.

[0025] Das vorliegende Thermostatventil funktioniert wie folgt. Wenn sich die Temperatur in dem Raum erhöht, wirkt der Thermostatkopf 5 auf den beweglichen Ventilschaft 6 ein und bewegt ihn dabei in der vertikalen Richtung. Der bewegliche Ventilschaft 6, der mit dem rechten kurzen Hebelarm des Hubverstärkungs-Hebels 11 zusammenwirkt, überträgt die Bewegung des beweglichen Ventilschaftes 6 auf den langen Hebelarm des Hubverstärkungs-Hebels 11, wodurch er eine Bewegung des Schließkörpers 7 zum Sitz 8 hin bewirkt, um den dort vorhandenen Zwischenraum zu verringern. Die Durchflussmenge der Flüssigkeit (Wärmeaustauschmedium) durch das Thermostatventil und damit durch das Heizgerät nimmt ab, um die Temperatur im Raum entsprechend dem Sollwert wiederherzustellen. Wenn die Temperatur relativ zum Sollwert absinkt, hört der Thermostatkopf 5 auf, auf den beweglichen Ventilschaft 6 einzuwirken, und das System „Schließkörper - Hubverstärkungs-Hebel - beweglicher Ventilschaft" wird durch die Feder 10, welche über den in der Figur linken kurzen Hebelarm des Hubverstärkungs-Hebels 11 eine Kraft auf den beweglichen Ventilschaft 6 und den Schließkörper 7 überträgt, zurück in die Ausgangsposition bewegt.

[0026] Die Luftdichtigkeit eines Nichtflüssigkeits-Hohlraums 13 in dem Gehäuse 1 entlang der beweglichen Einheit (langer Hebelarm des Hubverstärkungs-Hebels) wird durch die flexible gewellte Membran 9 gewährleistet, welche es ermöglicht, die am Hubverstärkungs-Hebel 11 erzeugte Kraft zu minimieren. 3/5

Claims (1)

1. österreichisches Patentamt AT509 272B1 2012-12-15 Patentanspruch 1. Thermostatventil mit einem auf einer Achse (12) gelagerten Hebel (11), der einen langen und einen kurzen Hebelarm aufweist, mit einem beweglichen Ventilschaft (6), welcher mit einem Thermostatkopf (5) und mit dem kurzen Hebelarm zusammenwirkt, mit einem am langen Hebelarm angeordneten Schließkörper (7), mit einem Abdichtmittel, durch welches der lange Hebelarm hindurch verläuft, und mit einer Feder (10), die eine Kraft auf den Schließkörper (7) in Richtung dessen Abhebens vom Sitz (8) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (12) des Hebels (11) in einem Nichtflüssigkeits-Hohlraum (13) des Ventils angeordnet und das Abdichtmittel in Form einer gewellten Membran (9) ausgebildet ist, dass der Hebel im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist, wobei ein zweiter kurzer Hebelarm im Nichtflüssigkeits-Hohlraum dem einen kurzen Hebelarm in Bezug auf die Schwenkachse (12) gegenüberliegend angeordnet ist, und dass die Feder (10) im Nichtflüssigkeits-Hohlraum (13) des Ventils untergebracht ist und mit dem zweiten kurzen Hebelarm zur Übertragung der Kraft über den Hebel (11) auf den beweglichen Ventilschaft (6) und den Schließkörper (7) zusammenwirkt. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5