Thermostatisch gesteuertes Regelventil, insbesondere für Dampfwasserableiter Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisch gesteuertes Regelventil, insbesondere für Dampfwas- serableiter, mit einem mehrere Bimetallplatten auf weisenden Steuerelement, welches das Betätigen des Regelventils innerhalb eines vorgegebenen Druck- Temperatur-Intervalls bewirkt.
Es ist bereits ein Kondenswasserableiter bekannt, bei dem das Steuerelement aus mehreren Bimetall platten zusammengesetzt ist. Eine Bimetallplatte ist bei diesem Ableiter ständig mit dem Abschlussorgan verbunden, während sich die anderen Platten nach einander bei verschiedenen Temperaturen zuschalten, so dass sich die Kräfte der einzelnen Bimetallplatten addieren.
Während bei den herkömmlichen thermo- statisch gesteuerten Dampfwasserableitern bei gra phischer Darstellung der Verlauf der Bimetallkräfte über der Temperatur ein geradliniger ist, entsteht bei der beschriebenen Ausführung ein mehrmals gebro chener Linienzug, denn jedes Zuschalten einer Bi metallplatte bringt einen Knickpunkt. Bei Verwen dung eines aus drei Bimetallplatten zusammengesetz ten Bimetallelementes besteht die Kurve also aus drei Linienzügen mit zwei Knickstellen.
Auf diese Weise lässt sich zwar gegenüber den herkömmlichen Ableitern mit linearem Kurvenverlauf eine Verbes serung in bezug auf Angleichung an die Sattdampf- kurve erzielen, diese Angleichung lässt sich jedoch mit dem bekannten Ableiter nur unvollkommen er reichen, da pro Bimetallplatte nur einmal eine Än derung des Linienzuges möglich ist und die Anzahl der Bimetallplatten aus Platzgründen beschränkt blei ben muss.
Die Erfindung bezweckt, ein Regelventil mit gro ssem Regelbereich und hoher Leistung zu schaffen, bei dem durch möglichst gute Anpassung der mit dem thermostatischen Steuerelement erzeugten Kräfte an diejenigen Kräfte, die aus dem Druck am Ver- schlussstück resultieren, die Reaktionszeit im gesam ten Arbeitsbereich klein gehalten wird.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuerelement aus hintereinander schaltbaren Bimetallplatten oder Bimetallplatten und Federn besteht, welche derart angeordnet und in ihren thermischen und mechanischen Eigenschaften so abgestuft sind, dass die Federn undloder minde stens ein Teil der Bimetallplatten bei Temperatur änderungen zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Durch das Zuschalten oder Abschalten einzelner Bi metallplatten oder Federn innerhalb des Steuerele mentes entsteht eine Kurve aus einer Vielzahl von einzelnen Linienzügen mit kontinuierlichem Über gang.
Das entspricht praktisch einer Kurve, die durch geeignete Wahl und Abstufung der einzelnen Bi metallplatten oder Federn beispielsweise der Druck- temperaturkurve des Sattdampfes angeglichen sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dabei ein Teil der Bimetallplatten gleiche Abmessungen aufweisen. Diese arbeiten dann mit demjenigen Betriebsbereich gemeinsam, in dem die Sattdampfkurve praktisch gerade verläuft.
Die schwächeren Bimetallplatten bzw. die Federn sind in diesem Betriebsbereich gänzlich durch die stär keren Bimetallplatten zusammengedrückt; sie kön nen aber auch nach teilweisem Zusammendrücken mit Hilfe von Anschlägen oder dergleichen ausser Funktion gesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, mehrere Federn oder mehrere Gruppen von Federn anzuordnen, die in ihren Kräf ten abgestuft sind, so dass sie nacheinander bei Aus dehnung der Bimetallplatten zusammengedrückt wer den. Sie können jedoch auch erst bei Temperatur anstieg mit oder ohne Vorspannung zugeschaltet werden. Die Vorspannung der Federn ist zweckmässi- gerweise einstellbar, und zwar derart, dass die Federn auf einer mit einem Bund versehenen Hülse ange ordnet und durch einen Stellring festgehalten sind.
Die Vorspannung ist bis zu einer bestimmten Tem peratur grösser als die Spannung der Bimetallplatten. Erst von dieser bestimmten Temperatur an werden die Federn von den Bimetallplatten zusammenge drückt. Auf diese Weise wird zu Beginn ein schnelles Schliessen, im mittleren Bereich ein gutes Anpassen an die Sattdampfkurve und im oberen Bereich, in dem die Sattdampfkurve praktisch in eine Gerade ausläuft, ebenfalls eine gute Angleichung erzielt. Durch die Anordnung der Federn auf Hülsen ist es möglich, die Federn als vorgespanntes Paket ein zubauen bzw. auszuwechseln.
Natürlich kann der Stellring nicht nur zum Vorspannen der Federn be nutzt werden, sondern auch lediglich zum Ausgleich der fertigungsbedingten Bauhöhentoleranz der Federn.
Das Steuerelement kann auch aus mehreren Gruppen von Bimetallplatten bestehen. Die ge wünschte Regelcharakteristik wird dabei erreicht, indem man die einzelnen Gruppen bei bestimmten Temperaturen koppelt und diese Koppelung bei an deren Temperaturen wieder löst, dafür andere Grup pen koppelt und schliesslich die Gruppen auch ein zeln wirken lässt. Die einzelne Gruppe arbeitet also einmal allein und zum anderen als Glied in einer Koppelung mit einer oder mehreren Gruppen. Hat man beispielsweise drei Gruppen angeordnet, dann bekommt man damit bei graphischer Darstellung fünf Linienzüge, und zwar bringen immer n Scheiben gruppen 2n-1 Linienzüge.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbei spiele der Erfindung. Es zeigen die Fig. 1 bis 6 ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemässen Regelventils für einen Dampfwasser ableiter bei verschiedenen Betriebstemperaturen und Betriebsdrücken, die Fig.7 eine graphische Darstellung, aus der die mit dem Regelventil erreichte Annäherung an die Sattdampfkurve ersichtlich ist, die Fig.8 bis 10 ein anderes Ausführungsbeispiel, ebenfalls bei verschiedenen Betriebstemperaturen und Betriebsdrücken,
und die Fig. 1l und 12 ein drittes Ausführungsbeispiel mit unter Vorspannung eingesetzten Federplatten. Im in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Gehäuse 1 eines Dampfwasserableiters befindet sich eine Auslassöff- nung 2, die von einem Verschlussstück 3 geschlossen werden kann. Dieses ist über einen Ventilschaft 4, der in drei übereinander angeordneten Hülsen 5, 6 und 7 axial verschiebbar angeordnet ist, mit drei Gruppen 8, 9 und 10 von Bimetallplatten verbunden, wobei jeder Plattengruppe eine Hülse zugeordnet ist.
Bei Raumtemperatur stützt sich die Hülse 7 gegen einen Anschlag 11 im Gehäuse 1 ab, während di . darüber angeordnete Hülse 6 sich gegen einen An- schlag 12 in der Hülse 7 und die Hülse 5 sich gegen einen in der Hülse 6 angeordneten Anschlag 13 ab stützt. .
Das aus den Teilen 3 bis 10 bestehende Regel ventil nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Bei Raumtemperatur befinden sich die einzelnen Plat tengruppen 8, 9 und 10 in Ruhe und die Hülsen _5, 6 und 7 liegen auf ihren Anschlägen 11, 12 und 13 (Fig. 1). Das Verschlussstück 3 ist geöffnet und über nimmt bis zu einer Temperatur von etwa 100 C die Entlüftung der Anlage.
Steigt die Temperatur wei ter, dann wölben sich die Platten der Gruppe 8 und stützen sich über die Hülsen 6 und 7 gegen das Gehäuse 1 ab, wodurch über die Hülse 5 und den Ventilschaft 4 das Verschlussstück 3 geschlossen wird (Fig.2). Dabei ist zu bemerken, dass sich die Plat ten der beiden anderen Gruppen 9 und 10 auch wöl ben, aber vorerst unwirksam bleiben.
Der Ableiter arbeitet dabei bei Betrachtung der graphischen Dar stellung nach Fig. 7, welche die durch .die Platten erzeugte Kraft P in Funktion der Temperatur t zeigt, nach dem Linienzug A-B. Steigen Temperatur und Druck weiter, so hat die sich inzwischen bis zum Bund der Hülse 6 ausgedehnte Plattengruppe 9 die Kraft der Plattengruppe 8- erreicht, und die schwächere Plattengruppe 8 wird von der stärkeren Plattengruppe 9 zusammengedrückt (Fig. 3). Die bei den Plattengruppen 8 und 9 arbeiten nun gleichzei tig und in Abhängigkeit voneinander, wodurch der Linienzug B-C entsteht.
Dasselbe wiederholt sich vom Punkt C bis zum Punkt D zwischen der inzwi schen am Bund der Hülse 7 angekommenen Platten gruppe 10 und den beiden Plattengruppen 8 und 9 (Fig. 4). Die Kräfte der Plattengruppen 8, 9 und 10 sind so ausgelegt, dass das Zusammendrücken der Plattengruppe 8 beim Überschneiden des Punktes D dadurch beendet ist, dass sich die Hülse 6 mit ihrem Anschlag 13 an die Hülse 5 anlegt (Fig. 5). Die Wir kung der Plattengruppe 8 ist dadurch aufgehoben. Es arbeiten also nur noch die Plattengruppen 9 und 10, wiederum abhängig voneinander und sich gegen einander abstützend, was dem Linienzug<B>D -E</B> ent spricht.
Vom Punkt E ab ist die Plattengruppe 9 auch ausgeschaltet (Fig.6), da die Hülse 7 sich mit dem Anschlag 12 gegen die Hülse 6 abstützt. Es arbeitet nun allein noch die Plattengruppe 10. Da in diesem Bereich die Sattdampfkurve praktisch eine Gerade ist, reicht die Arbeit einer einzigen Platten gruppe zur Annäherung an die Sattdampfkurve aus. Sinken Druck und Temperatur wieder ab, so erfolgt der Übergang von einer Plattengruppe zur anderen in umgekehrter Reihenfolge.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 bis 10 sind zwei Gruppen 14 und 15 von Bimetallplatten vor gesehen. Die Gruppe 14 besteht aus mehreren paar weise gegeneinander angeordneten und vorzugsweise kreisringförmigen Platten mit gleichem Durchmesser und gleicher Stärke. An die Gruppe 14 schliesst sich unmittelbar die Gruppe 15 an. Die Platten der Gruppe 15 sind in Durchmesser und bzw. oder Dicke abgestuft, wobei der Durchmesser dieser Platten mit zunehmendem Abstand der Platten von der anderen Gruppe 14 abnehmen.
Bei Raumtemperatur sind die einzelnen Platten der beiden Gruppen 14 und 15 gestreckt, und die Auslassöffnung 2 ist geöffnet (Fig.8). Beim Anstei gen der Temperatur wölben sich die Platten der Gruppe 14 und 15 so weit, bis bei etwa 100 C die Auslassöffnung 2 durch das Verschlussstück 3 ge schlossen wird.
Bei weiterem Temperatur- und Druck anstieg werden die schwächeren Platten der Gruppe 15 von den stärkeren Platten der Gruppe 14 schritt weise zusammengedrückt (Fig. 9), so dass sie auf die Steuerung keinen Einfluss mehr haben, sondern nur noch zur Übertragung der Schliesskraft von den je weils arbeitenden Bimetallplatten auf den Ventil schaft 4 dienen. Steigen Temperatur und Druck noch weiter an, dann werden immer mehr von den schwä cheren Platten durch die kräftigeren Platten zusam mengedrückt und damit ausser Funktion gesetzt (Fig. 10), bis schliesslich die Platten der Gruppe 15 ganz stillgelegt und nur noch die Platten der Gruppe 14 tätig sind.
Letztere sind untereinander in ihren Kräften gleich, so dass bei alleiniger Funktion der Gruppe 14 eine lineare Steuercharakteristik erreicht wird und damit auch im oberen Bereich, in dem die Sattdampfkurve praktisch in eine Gerade ausläuft, eine gute Angleichung möglich ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.ll und 12 besitzt ein Steuerelement, welches aus Bimetallplat- ten 16 und Federplatten 17 besteht. Die Federplat ten 17 befinden sich auf einer den Ventilschaft 4 umgebenden Hülse 18, die auf der den Bimetallplat- ten 16 zugekehrten Seite mit einem Bund 19 ver sehen ist. Über den Bund 19 der Hülse 18 greift eine Glocke 20, welche von den unter Vorspannung ste henden Federplatten 17 gegen eine Zwischenplatte 21 gedrückt wird.
Die Vorspannung der Federplat ten 17 wird durch einen Stellring 22 erzielt, welcher auf die Hülse 18 aufgeschraubt ist und gegen den sich die Federplatten 17 auf der der Glocke 20 abgekehrten Seite abstützen.
Bei Raumtemperatur sind die Bimetallplatten 16 nicht gewölbt, und die Federplatten 17 werden zwi schen der den Bund 19 der Hülse 18 übergreifen den Glocke 20 und dem Stellring 22 unter einer bestimmten Vorspannung gehalten, wodurch die den Federplatten 17 zugekehrte Seite des Bundes 19 an der Innenfläche der Glocke 20 anliegt; die Aus lassöffnung 2 ist noch offen (Fig. 11). Beim Anstei gen der Temperatur beginnen sich die Bimetallplat- ten 16 zu wölben, bis bei einer vorgegebenen Tem peratur das Verschlussstück 3 die Auslassöffnung 2 schliesst.
Bei weiterem Temperaturanstieg verstärkt sich die Spannung der Bimetallplatten 16, bis sie die Vorspannung der Federplatten 17 erreicht hat. Bis zu diesem Betriebspunkt bleibt die Vorspannung der Federplatten 17 konstant und somit ohne Ein fluss auf den Schliessvorgang. Bei höherer Tempera- tur übersteigt dann die Spannung der Bimetallplat- ten 16 die der Federplatten 17, so dass letztere mehr und mehr zusammengedrückt werden.
Die Kraftüber tragung erfolgt dabei von den Bimetallplatten 16 über die Zwischenplatte 21, die Glocke 20, die Feder platten 17 und den Stellring 22 auf den Ventilschaft 4. Das Zusammendrücken der Federplatten 17 wird dadurch beendet, dass sich die Zwischenplatte 21 an den Bund 19 der Hülse 18 anlegt (Fig. 12). Von diesem Betriebspunkt an wird die von den Bimetall- platten 16 ausgehende Schliesskraft über die Zwi schenplatte 21 und die Hülse 18 direkt auf das Ver- schlussstück 3 übertragen.