Elektrothermisch gesteuertes Ventil Es ist bereits ein elektrothermisch gesteuertes Ventil bekanntgeworden, bei dem durch eine Druck dose bei gleichzeitiger überwindung eines genügend starken Federdruckes ein Steuerorgan geschlossen wird und durch eine Sperrklinke so lange geschlossen bleibt, bis durch eine zweite Druckdose die Auslö sung der Sperrklinke erfolgt und dadurch das Ventil schlagartig unter dem Druck der Feder geöffnet wird. In den Druckdosen wird mittels eines elektrischen Widerstandes eine Flüssigkeit zum Verdampfen ge bracht, so dass auf die Wandung der Dose ein Druck ausgeübt wird, der auf das Ventil übertragen wird.
Derartige Anordnungen haben den Nachteil, dass einerseits Schaltgeräusche auftreten und anderseits sind die Abkühlzeiten bei den Druckdosen zu lang.
Die Erfindung betrifft ein elektrothermisch ge steuertes Ventil, insbesondere für Warmwasserheiz- anlagen. Erfindungsgemäss dient als thermische Steuereinrichtung eine Bimetallanordnung aus meh reren Bimetallen, von denen ein stark ausgelegtes, elektrisch beheiztes zur Lüftung des Ventils dient (Öffnungsbimetall) und ein schwach ausgelegtes, ebenfalls elektrisch beheiztes den Hub des Ventils besorgt (Hubbimetall). Diese Anordnung hat den Vorteil, dass mit wenigen Bimetallen ein verhältnis mässig grosser Hubweg bewerkstelligt werden kann.
Das stark ausgelegte öffnungsbimetall, welches grosse Kräfte ausüben, aber nur kleine Wege zurücklegen kann, überwindet bei Ventilöffnung den auf dem Ventilteller lastenden Druck, der fast vollständig ver schwindet, wenn der Ventilteller geringfügig gelüftet ist. Das schwach ausgelegte Bimetall kann zwar keine grossen Kräfte ausüben, jedoch dafür grosse Wege zurücklegen, d. h. es genügt zur Anhebung des nicht mehr unter Druck stehenden Ventiltellers. Bei Warm wasserheizanlagen, bei denen auf dem Ventilteller kein oder nur ein sehr geringer Druck lastet, ist es möglich, dass durch die normale Erwärmung der Bi metalle bei der Beheizung der Räume durch das Hubbimetall bereits der Ventilteller geöffnet wird.
Um dies zu vermeiden, kann in einer Ausführungs form zweckmässigerweise ein dem Hubbimetall in seinen Abmessungen entsprechendes drittes Bimetall als Kompensationsbimetall für das Hubbimetall vor gesehen werden. Durch dieses Kompensationsbimetall wird der durch Raumtemperatureinflüsse auftretende, geringe Auslenkweg des öffnungsbimetalles ausge glichen. Das Kompensationsbimetall dient aber auch gleichzeitig noch als überdrückungsschutz für das Hubbimetall.
Dabei kann die Bimetallanordnung in einem mit einer nichtleitenden Flüssigkeit gefüllten, durch eine Membran von dem das strömende Me dium enthaltenden Ventilraum getrennten Raum an geordnet sein und wirkt unmittelbar auf eine die Membran durchsetzende, einen Ventilteller tragende Ventilstange ein. Die Verbindung zwischen der Bi metallanordnung und der Ventilstange erfolgt hiebet durch einen U-förmigen Bügel, der einerseits die ge samte Bimetallanordnung umfasst und mit seinen obe ren Enden an einer oberhalb des Hubbimetalles an geordneten Begrenzungsplatte angebracht ist. An sei ner Unterseite geht der U-förmige Bügel in die Ven tilstange über.
Der U-förmige Bügel kann auch zur Kompensation des Auslenkweges des stark ausgeleg ten Bimetalls bei Raumtemperaturänderungen be nutzt werden, wenn er aus einem Material mit einem grossen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist.
Um das Ventil von vornherein so einstellen zu können, dass nur eine bestimmte Menge des Mediums durch das Ventil hindurchgehen kann, kann eine Voreinstellung des Ventiltellerhubes durch eine gleichzeitige Verstellung einer Schalteinrichtung für die Bimetallheizung und eines Verklinkungsbimetalles vorgesehen werden. Die Schalteinrichtung für die Bimetallheizung und das Verklinkungsbimetall kön nen auf einer im Ventilgehäuse gelagerten Gewinde spindel geführt sein.
Zur Anzeige der Voreinstellung kann mit der Gewindespindel eine Anzeigevorrich tung gekoppelt sein. Das Verklinkungsbimetall kann auf der Gewindespindel für eine Einschaltung von Hand so weit verstellbar sein, dass es im geschlosse nen Zustand des Ventils unter die Verklinkungsnase greift und beim Zurückstellen das Ventil öffnet. Durch diese Anordnung kann man das Ventil auch von Hand betätigen, wenn die Steuerspannung für die elektrische Betätigung vorübergehend ausfällt.
Weitere Einzelheiten sind an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungs- beispieles, während in Fig. 2 Teile noch einmal perspektivisch dargestellt sind. Fig. 3 gibt ein Ventil mit der zusätzlich angebrachten Voreinstellung und Handbetätigung wieder, während in Fig. 4 eine kon struktive Einzelheit gezeigt ist. Einander entspre chende Teile sind in den einzelnen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen, bei denen es sich um Ventile für Warmwasserheizanlagen handelt, sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt. Das Ventil gemäss Fig. 1 besteht aus einem Ventilkörper 1, der mit einem Zuflussrohr 2 und einem Abflussrohr 3 für das Heizwasser in Verbindung steht. Die Verbin dungsöffnung zwischen Ventilkörper und Abflussrohr ist durch einen konisch gehaltenen Ventilteller 4 verschliessbar, der im geschlossenen Zustand auf einem entsprechend konisch ausgebildeten Rand der Öffnung aufsitzt.
Oberhalb des Zuflussrohres 2 ist in dem Ventilkörper eine Membran 5 angebracht, die den oberen Ventilraum 6 gegen den vom Heizwasser eingenommenen Raum abschliesst. Der Raum 6 ist mit einer nichtleitenden Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt, die infolge ihrer Inkompressibilität den vom Heizwasser auf die Membran ausgeübten Druck aus gleicht. Die Membran wird von einer mit dem Ventil teller 4 verbundenen Ventilstange 7 durchsetzt. In ihrem oberen Teil ist die Ventilstange mit einem U-förmigen Bügel 8 verbunden, der zwischen seinen Schenkeln eine aus den Bimetallen 9 bis 11 be stehende thermische Steuereinrichtung einschliesst.
Das Bimetall 9 dient als Öffnungsbimetall und ist verhältnismässig stark ausgelegt, so dass es bei Er wärmung zwar nur wenig auslenkt, aber dafür grosse Kräfte ausübt. Es liegt im gestreckten Zustand auf einer sich über die ganze Breite des Ventilkörpers erstreckenden und zwischen den Schenkeln des Bü gels 8 hindurchgreifenden Brücke 12 auf und ist mit seinen beiden Enden in Führungen 13, 14 des Ven tilkörpers angeordnet.
Oberhalb des öffnungsbime- talles ist ein schmaler, dachförmiger Distanzkörper 15 angeordnet, der mit seiner Grundfläche etwa die Länge des Bimetalls besitzt und an seinen Enden der Grundfläche Füsse 16, 17 besitzt, die sich auf den Enden des Öffnungsbimetalls 9 abstützen. An der Firstkante des Distanzkörpers 15 ist das als Kompensationsbimetall dienende Bimetall 10 befe stigt, das seinerseits durch an den Enden angeord nete Distanzstücke 18, 19 mit dem darüber befind lichen, als Hubbimetall dienenden Bimetall 11 auf Abstand gehalten ist. Ein weiteres Abstandsstück 23 ist in der Mitte zwischen dem Hub- und dem Kom pensationsbimetall angeordnet.
Oberhalb des Hub bimetalls befindet sich eine Platte 20, die an den Enden des Bügels 8 befestigt ist. Wie das öffnungsbi metall, .so sind auch das Kompensationsbimetall und das Hubbimetall mit ihren Enden in den Führungen 13, 14 verschiebbar gelagert und zwischen den Schen keln des Bügels 8 angeordnet. Das Öffnungsbimetall und das Hubbimetall besitzen eine Heizwicklung 21 bzw. eine Heizwicklung 22. Das Öffnungsbimetall ist so in die Führungen eingesetzt, dass es sich bei Erwärmung mit seinen Enden gegen die beiden an deren Bimetalle krümmt. Die Krümmungsrichtung von Hub- und Kompensationsbimetall sind gleich, und zwar sind diese Bimetalle so angeordnet, dass sie sich bei Erwärmung mit ihren Enden gegen das Öffnungsbimetall hin auslenken.
Die durch die flexible Verbindung 24 in Reihe geschalteten Heizungen 21, 22 der Bimetalle 9 und 11 (Fig. 2) sind über die Anschlüsse 25 und 26 mit einem nicht dargestellten Raumthermostaten verbun den. Der Raumthermostat steuert das Ventil, indem er die Heizungen mit Strom beaufschlagt, wenn der mit der Warmwasserheizanlage beheizte Raum stär ker erwärmt, d. h. Heizwasser durch die Heizkörper geschickt werden soll.
Bei dem dargestellten Aus- führungsbeispiel befindet sich das Ventil in seiner Schliessstellung, d. h. der Ventilteller 4 verschliesst die Verbindungsöffnung zwischen dem Zuflussrohr und dem Abflussrohr 3. Auf dem Ventilteller lastet der durch die Umwälzpumpe der Heizanlage er zeugte Druck. Wird von dem Raumthermostaten der Öffnungsbefehl für das Ventil gegeben, so werden die Heizwicklungen 21, 22 an Spannung gelegt.
Die Bimetalle 9 und 11 werden erwärmt und beginnen sich auszulenken. Das Bimetall 11 ist so ausgelegt, dass es den auf dem Ventilteller lastenden Druck nicht überwinden kann, d. h. es wirkt nur auf das Kompensationsbimetall und drückt dieses mit seinen Enden nach unten. Das Kompensationsbimetall schützt dabei das Hubbimetall vor dauernden Ver formungen, d. h. es wirkt als Überdruckschutz. Das wesentlich stärker ausgelegte Öffnungsbimetall krümmt sich zwar weniger als das Hubbimetall, je doch kann es dafür stärkere Kräfte ausüben.
Es stützt sich mit seinem Mittelteil gegen die Brücke 12 und drückt mit seinen freien Enden auf die Füsse 16, 17 des Distanzstückes 15 und damit über das zwi schen Hub- und Kompensationsbimetall angebrachte Distanzstück 23 auf die Platte 20. Durch die Aus lenkung des Öffnungsbimetalls wird somit der an der Platte 20 befestigte Bügel 8 und damit die Ventil stange 7 angehoben. Es tritt eine geringe Lüftung des Ventiltellers 4 ein, die aber ausreichend ist, um den auf dem Teller lastenden Druck zum Verschwin den zu bringen. Nach Fortfall dieses Druckes ist das Hubbimetall nunmehr in der Lage, die Platte 20 und damit die Ventilstange mit Ventilteller noch höher anzuheben.
Das Kompensationsbimetall geht nach Fortfall des Druckes nämlich wieder in seine gestreckte Lage über, so dass das Hubbimetall mit seinem Mittelteil die Platte 20 und damit die Ventil stange weiter anheben kann. In der obersten Stel lung der Ventilstange wird in nicht dargestellter Weise ein Kontakt betätigt, der die Ausschaltung der Heiz- wicklungen 22, 21 bewirkt.
Die Bimetalle kühlen sich ab und gehen allmählich in ihre gestreckte Lage über, der Ventilteller wird jedoch durch eine Ver- klinkungseinrichtung in öffnungsstellung gehalten, die beispielsweise durch ein weiteres Bimetall bei er neutem Schliessbefehl zur Freigabe des Ventiltellers gelöst werden kann.
Infolge der schwachen Auslegung des Hubbime talls spricht dieses auch bei Raumtemperaturände- rungen an, d. h. es wird in der Schliessstellung des Ventils die Lage des Ventiltellers, für den Fall, dass auch der dynamische Druck gering ist, verändern, wenn nicht das Kompensationsbimetall vorhanden wäre. Das sich in gleicher Richtung wie das Hub bimetall krümmende Kompensationsbimetall hebt die Wirkung des Hubbimetalls wieder auf.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Aus führungsbeispiel dadurch, dass eine Anordnung vorge sehen ist, die es gestattet, das Ventil nur teilweise zu öffnen, und dass weiterhin die Möglichkeit gegeben ist, das Ventil bei Ausfall der Steuerspannung auch von Hand betätigen zu können. Zu diesem Zweck ist auf den Enden der Schenkel des Bügels 8 ein U-förmiger Weicheisenrückschluss 27 befestigt, des sen Schenkel sich bei Bewegung der Ventilstange über eine entsprechend geformte Auswölbung 28 in dem aus nichtmagnetischem Material hergestellten Ventilkörper 1 bewegen.
In die Auswölbung 28 ragt ein Permanentmagnet 29 hinein, der über eine Schaltstange 30 mit einer Schalteinrichtung 31 in Verbindung steht. Die Schalteinrichtung 31 ist auf einer Gewindespindel 32 und in einer am Ventil gehäuse angebrachten Führung 33 geführt. Die Ge windespindel ist in dem Ventilgehäuse drehbar, aber nicht verschiebbar gelagert. Im Inneren des Ventil gehäuses ist auf der Gewindespindel noch ein Ver- klinkungsbimetall 34 angebracht, das durch die Ge windespindel in vertikaler Richtung verschiebbar ist und in einer Führung 35 gleitet. Das Verklinkungs- bimetall 34 besitzt eine Heizwicklung 36.
Das freie Ende 37 des Verklinkungsbimetalls arbeitet mit einer Klinkennase 38 zusammen, die auf dem Bügel 8 an gebracht ist (s. auch Fig. 4). Auf der Gewindespin del ist ausserhalb des Gehäuses noch ein Zahnrad 40 vorgesehen, das mit einem auf dem Gehäuse 1 be- fesgggten Zahnrad 41 in Eihgriff steht (Fig. 3).
In der Darstellung befindet sich das Ventil in der Schliessstellung. In der Schalteinrichtung 31 ist ein Ruhekontakt geschlossen, der mit den Heiz- wicklungen 21 und 22 der Bimetalle 9 und 11 in Reihe geschaltet ist. Die Steuerung der Heizwicklun- gen 21 und 22 erfolgt über einen Raumthermostaten, der den Stromkreis schliesst, wenn der mit der Warm wasserheizanlage beheizte Raum stärker erwärmt, d. h. Heizwasser durch die Heizkörper geschickt wer den soll.
Mit dem Schliessen des Kontaktes in dem Raumthermostaten werden die Heizwicklungen 21 und 22 vom Strom durchflossen und erwärmen die Bimetalle, die sich auslenken. Der öffnungsvorgang erfolgt in der Weise, wie es bei dem Ausführungs beispiel nach Fig. 1 beschrieben ist. Bei dem öff- nungsvorgang des Ventils gelangt der Weicheisen rückschluss 27 so weit in den Bereich des Dauer magneten 29, dass dieser in den Weicheisenrück- schluss hineingezogen wird.
Durch die Bewegung des Dauermagneten 29 wird über die Schaltstange 30 der Ruhekontakt geöffnet und ein Arbeitskontakt geschlossen. Durch das öffnen des Ruhekontaktes wird der Stromkreis, in dem die Heizwicklungen 21 und 22 liegen, unterbrochen. Die Bimetalle kühlen sich ab und gehen allmählich in ihre gestreckte Lage über.
Der Ventilteller wird jedoch in der öffnungs- stellung gehalten, da die an dem Bügel 8 angebrachte <U>Klink</U>ennase 38 bei der Öffnungsbewegung des Ven tils über das Verklinkungsbimetall 37 gelangt ist und der Bügel 8 von dem Verklinkungsbimetall zu nächst in dieser Stellung gehalten wird. Ist die ge wünschte Temperatur in dem zu erwärmenden Raum erreicht, so geht der Raumthermostat in die Aus- Stellung über.
Dabei wird ein Stromkreis geschlos sen, in dessen Verlauf die Heizwicklung 36 des Verklinkungsbimetalls liegt. In diesem Stromkreis liegt ausserdem der Arbeitskontakt der Schaltein richtung 31, der bereits geschlossen wurde, als das Ventil seine Öffnungsstellung erreicht hatte. Unter dem Einfluss der Erwärmung lenkt sich das Bimetall 34 in Richtung des Pfeiles 39 (Fig. 4) aus, so dass die Verklinkung des Bügels 8 gelöst wird und das Ventil in seine Ausgangsstellung zurückgeht.
Dabei wird der Weicheisenrückschluss 27 aus dem Bereich des Dauermagneten 29 gezogen und die Schalteinrich- tung springt in ihre Ausgangsstellung zurück. Die Heizwicklung 36 des Verklinkungsbimetalls wird da durch ausgeschaltet und der mit den Heizwicklungen 21 und 22 in Reihe liegende Kontakt der Schaltein richtung 31 wird geschlossen. Ein Strom fliesst in diesem Kreis jedoch erst dann, wenn sich der Raum thermostat wieder einschaltet.
Die Heizwicklung 36 des Bimetalls 34 ist so ausgelegt, dass eine schnelle Auslenkung des Bimetalls erfolgt, wenn vom Raum thermostaten der Schliessbefehl für das Ventil gegeben wird.
Um eine Voreinstellung der Hubhöhe des Ven tiltellers vornehmen zu können, ist die Schalteinrich- tung 31 und das Verklinkungsbimetall 34 auf der Gewindespindel 32 geführt. Soll das Ventil nicht voll geöffnet werden, so lässt sich durch Drehen der Gewindespindel 32 die Schalteinrichtung und das Verklinkungsbimetall gleichzeitig um den gleichen Betrag in der Höhe verstellen.
Das bedeutet, dass beim Öffnen des Ventils die Verklinkung bereits durchgeführt wird, wenn sich der Ventilteller noch nicht bis zur vollen Höhe seines Hubes von der Öff nung abgehoben hat. Entsprechend früher wird auch die Schalteinrichtung 31 betätigt, da der Dauermagnet 29 bereits zu einem früheren Zeitpunkt in den Be reich des Weicheisenrückschlusses 27 gelangt und die Ausschaltung der Heizwicklungen 21 und 22 be wirkt.
Durch diese Massnahme ist es möglich, bei einer Reihe von parallel geschalteten Heizkörpern die ersten Heizkörper zu drosseln, damit auch die letzten noch genügend mit Heizwasser versorgt werden kön nen. Die U-förmige Ausbildung des Weicheisenrück- schlusses 27 hat dabei den Vorteil, dass trotz Ver stellung die Ansprechwerte des Magneten immer gleich bleiben, da der für den Ansprechwert massge bende Luftspalt unverändert bleibt.
Die Anzeige der Voreinsteilung erfolgt mit den Zahnrädern 40 und 41. Die Drehung der Spindel 32 wird von dem Zahnrad 40 auf das viel grösser dimen sionierte Zahnrad 41 übertragen. Das Zahnrad 41 besitzt eine Skala oder eine Marke und zeigt an einer fest auf dem Gehäuse angebrachten, nicht be sonders dargestellten Marke bzw. Skala die Grösse der Voreinstellung an. Durch die Abmessungen der Zahn räder kann erreicht werden, dass sich trotz mehrfacher Umdrehung der Spindel das Zahnrad 41 nur um einen Winkel von 270 dreht.
Dadurch kann die Voreinstellung des Ventils jederzeit kontrolliert wer den. Die Anordnung gestattet es ausserdem, das Ven til unabhängig von der elektrischen Steuerung be tätigen zu können, wie dies beispielsweise bei Aus fall des Stromversorgungsnetzes erforderlich sein kann.
Daher ist die Anordnung so ausgeführt, dass man durch Drehen der Gewindespindel das Verklin- kungsbimetall 34 so weit absenken kann, dass das Ende 37 des Bimetalls 34 im geschlossenen Zustand des Ventils unter der Klinkennase 38 einrastet und durch Zurückdrehen der Gewindespindel von Hand das Ventil öffnet. Eine solche Auslegung macht das Ventil für alle Fälle brauchbar.
Da bei den üblichen, im Längsschnitt kegel- stumpfförmigen Ventiltellern beim Öffnen des Ven tils die Einstellung der Durchflussmenge verhältnis mässig grob ist, ist zweckmässigerweise an dem Ven tilteller ein Ansatz 42 vorgesehen, durch dessen Form die Einstellung der Durchflussmenge verfei nert wird. Bei dem Ausführungbeispiel hat der An satz im Längsschnitt die Form eines ungleichmässi gen Trapezes. Durch den Ansatz ist es möglich, die Abhängigkeit der Durchflussmenge von der Hub höhe zu verändern.