DE10011558A1 - Regelventil - Google Patents

Abstract

Zur hydraulischen Anpassung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Mediumstemperatur sieht die Erfindung ein Regelventil vor mit einem einen Durchlass umschließenden Ventilsitz und mit einem mit diesem zur Durchflussregelung zusammenwirkenden axial beweglichen Ventilkörper, der dem innerhalb des Ventilkörpers ein relativ zu diesem bei Temperaturänderung beweglichen Regelkegel angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einem einen Durchlass umschließenden Ventilsitz mit einem mit diesem zur Durchflussregelung zusammenwirkenden axial beweglichen Ventilkörper.

Derartige Regelventile, werden bei der Wärmeübergabesta­ tion, im Zusammenhang mit der mechanischen und elektrischen Temperaturregelung bei der Warmwasserbereitung über Wärme­ tauscher und bei sonstigen Wassererwärmungsanlagen, insbe­ sondere nach dem Durchflussprinzip vor allem bei der Trink- und Betriebswasseraufbereitung eingesetzt. Die Temperatur des Wärmeträgers kann in weiten Bereichen schwanken. Bei­ spielsweise können bei Fern- und Nahwärme die Temperaturen des Wärmeträgers Wasser im Sommer 60°C, im Winter 125 bis 130°C betragen. In einem solchen Fall ist ein auf 60°C Was­ sertemperatur ausgelegtes Regelventil für die Wärmeübertragung bei einer Temperatur von 125°C, gleiche gewünschte Wärmeleistung vorausgesetzt, überdimensioniert und zwar um den Faktor 4. Bei einem derart überdimensioniertes Regel­ ventil für den praktischen Betrieb können Probleme der Dauer-Schwingungen der Regelgröße auftreten. Dies führt zu einem schnellen Verschleiß der Ventilantriebe und damit zu deren frühzeitigen Versagen. Außerdem werden unliebsame Strömungsgeräusche erzeugt, die den Anlagenutzer störend belasten. Beim Duschbetrieb ergeben sich Temperaturschwan­ kungen, die zumindestens unerwünscht sind, aber auch zur Gefahr eines zu heißen Wasseraustritts führen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein gat­ tungsgemäßes Regelventil dahingehend weiterzubilden, dass unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile die automati­ sche selbsttätiger Anpassung des Volumenstroms in Abhängig­ keit der Mediumstemperatur und damit eine Verbesserung der Regelfähigkeit erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Regel­ ventil der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass innerhalb des Ventilkörpers ein relativ zu diesem bei Temperaturänderung beweglichen Regel­ kegel angeordnet ist.

Die Erfindung sieht also ein temperaturadaptives Regelven­ til vor, bei dem besondere Fremd- und Hilfsenergie nicht erforderlich ist. Die erfindungsgemäß angestrebten Ziele werden dadurch erreicht, dass innerhalb des eigentlichen die Durchflussregelung bewegenden Ventilkörpers ein sich unter Temperatureinwirkung relativ zu diesem bewegender Re­ gelkegel vorgesehen ist, durch den bei sich ändernder Medi­ umstemperatur der Durchfluss des Ventils automatisch an­ passt, d. h. bei höherer Temperatur vermindert wird. Damit wird erreicht, dass die Ventilkennlinie des eigentlichen durch den Ventilkörper gebildeten Ventils sich mit der Me­ diumstemperatur ändert und sich damit dem Regelprozess au­ tomatisch anpasst. Der eigentliche Gesamthub ändert sich nicht; es wird, die selbe Wärmeleistung des Wärmeüberträ­ gers vorausgesetzt, der Durchfluss mit dem von der Tempera­ tur abhängigen Regeltor und Beibehaltung des Ventilhubs sich ändert. Die Ventilkennlinle verläuft mit steigender Mediumstemperatur erheblich flacher, wodurch die Auflösung der Ventilkennlinie bei Beibehaltung des Hubbereichs für den Durchfluss entscheidend verbessert wird.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein fest mit dem Ventilkörper verbundenes Kolbenelement in das In­ nere des Regelkegels ragt und in diesem ein Dehnstoff ange­ ordnet ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Dehnstoff einen im wesentlichen linearen tem­ peraturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten hat, wobei der Dehnstoff ein Dehnwachs, eine technische Flüssigkeit oder auch ein mechanisches Dehnmittel sein kann.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass zwischen Regelkegel und Ventilkörper eine Feder ange­ ordnet ist und insbesondere dass die Feder zwischen einem mit dem Regelkegel verbundenen Zylinder Ansatz und dem Ven­ tilkörper angeordnet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in deren Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1a u. 1b eine bevorzugte Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Regelventils in einer Niedertemperaturstellung (Fig. 1a) von beispielsweise 70°C und einer Hochtem­ peraturstellung (Fig. 1b) von bei­ spielsweise 130°C;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Be­ reichs von Ventilsitz, -körper und -kegel der Ausführungsformen der Fig. 1a und b;

Fig. 3 eine ebenfalls vergrößerte schematische Darstellung des zur Fig. 2 genannten Bereichs mit verschiedenen Positionen des Regelkegels bei verschiedenen Tem­ peraturen (70, 100 und 130°C); und

Fig. 4 eine Darstellung zur Änderung der Ven­ tilkennlinie in Abhängigkeit von Ven­ tilhub und Mediumstemperatur gemäß der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Regelventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 und ein Durchflussgehäuse 3 auf. Im Durchflussgehäuse 3 ist ein Ventilsitz 4 ausgebildet, der einen Durchlass 6 aufweist.

Mit dem Ventilsitz 4 wirkt ein Regelkörper 7 zusammen, der im Ventilgehäuse 2 axial unter Einwirkung eines Antriebs­ stabes 8 entgegen der Wirkung einer Feder 9 zum Schließen des Regelventils 1 mit einem Hub H verschiebbar ist.

Der Ventilkörper 7 weist einen zylindrischen Hauptkörper 11 auf, dessen äußerer Durchmesser größer ist als der Innen­ durchmesser des Ventilsitzes 4 und damit des Durchmessers des Durchlasses 6. An der Stirnseite weist der Hauptkörper 11 ein Dichtungselement 12 in Form eines Dichtringes auf. Den Hauptkörper 11 überragt eine in Form eines Vordrossel zylindrischen Ansatzes 13, dessen Durchmesser dem Durchmes­ ser des Durchbruchs 6 entspricht und der auch bei geöffne­ tem Ventil, d. h. von dem Ventilsitz 4 abgehobener Stirn­ seite bzw. Dichtelement 12 des Hauptkörpers 11 in den Ven­ tilsitz 4 ragt. Die Vordrossel 13 weist in seiner Umfangs­ wandung als Regeltore 14 Durchbrüche auf. Hierdurch ist bei geöffnetem Ventil - vom Ventilsitz 4 abgehobenem Hauptkör­ per 11 - ein Fluiddurchfluss von der Einlasskammer 16 - durch die Regeltore 14 hin - zur Auslasskammer 17 möglich. Die Regeltore 14 weisen zum freien Ende der Vordrossel 13 vorzugsweise als Schlitze spitz aus. Derart kann der Durch­ fluss sehr ein über den Antriebsstab 8 eingestellt werden. Es können je nach Anforderung mehrere solcher Regeltore 14 am Hauptkörper 11 vorhanden sein.

Innerhalb des Ventilkörpers 7 ist axial relativ zu diesem beweglich ein Regelkegel 18 vorgesehen. Der Regelkegel 18 weist einen Hohlraum 19 auf, in dem sich vorzugsweise im wesentlichen linear ausdehnender Dehnstoff 21 befindet. Bei dem Dehnstoff kann es sich um ein Dehnwachs mit hoher Wär­ meleitfähigkeit, eine technische Flüssigkeit aber auch ein metallisches Dehnmittel handeln. In den Hohlraum 19 des Re­ gelkegels 18 ragt ein mit dem Ventilkörper fest verbundenes Kolbenelement 22. Zwischen dem Ventilkörper 7 und dem Re­ gelkegel 18 genauer einem mit diesem fest verbundenen in den rückwärtigen Bereich des Ventilkörpers 7 hineinragenden Zylinder 23 ist eine Feder 24 vorgesehen, unter deren Ein­ fluss der Regelkegel 18 aus dem Ventilsitz hier bzw. dem Durchlass 6 heraus rückwärts zum Ventilgehäuse 2 gedrückt wird.

Über eine achsparallele Bohrung 25 des inneren Drucks des Ventiles zur Kompensation der an den beiden Ventilkegel 18 und 11 angreifenden Kräfte: beide Ventilkegel 18 und 11 sind daher druckentlastet.

Der Dehnstoff 21 dehnt sich mit der Temperatur eine das Ventil durchfließenden Mediums, dessen Durchfluss zu regeln ist, d. h. bei Erhöhung der Mediumstemperatur aus. Aufgrund dieser Ausdehnung drückt es gegen das Kolben-Element 22 als Widerlager (das sich wiederum am Antriebsstab D abstützt) und, da dieses mit dem Ventilkörper fest verbunden ist, den Regelkegel 18 nach vorne (in den Zeichnungen nach oben) in den Durchlass 6 hinein. Durch diese Verschiebung des Regel­ körpers verkleinert sich bei Temperaturerhöhung der effek­ tive Durchlassquerschnitt des Durchlasses 6 und damit das Regeltor. Bei Temperaturerniedrigung, bei der das Volumen des Dehnstoffs wieder reduziert wird, vergrößert sich das Regeltor durch Zurückbewegung des Regelkegels 18 unter Wir­ kung der Feder 24.

Bei Temperaturanstieg wird damit der Durchfluss ebenso ver­ mindert und bei Temperaturreduzierung vice versa wieder vergrößert. Damit wird erreicht, dass die Kennlinie des Ventils, also der Durchfluss in Abhängigkeit vom Hub, sich mit der Mediumstemperatur ändert und damit dem Regelprozess automatisch anpasst. Der eigentliche Gesamthub des Ventils, d. h. des Ventilkörpers 7 ändert sich nicht; es wird, bei derselben Wärmeleistung des Wärmeüberträgers vorausgesetzt, wie Fig. 4 zeigt, der Durchfluss mit dem von der Temperatur abhängigen Regeltor unter Beibehaltung des Ventilhubes ge­ ändert. Die Pfeile rechts in der Figur beziehen sich auf die automatische Anpassung der Durchflusskennlinie in Ab­ hängigkeit der Mediumstemperatur an den thermischen Pro­ zess. Die Ventilkennlinie verläuft daher bei steigender Me­ diumstemperatur erheblich flacher. Die Auflösung der Ven­ tilkennlinie wird durch die Beibehaltung des Hubbereichs durch den Durchfluss verbessert.

Bezugszeichenliste

1

Regelventil

2

Ventilgehäuse

3

Durchflussgehäuse

4

Ventilsitz

6

Durchlass

7

Ventilkörper

8

Antriebsstab

9

Feder

11

Hauptkörper

12

Dichtungselement

13

Vordrossel

14

Regeltore

16

Einlasskammer

17

Auslasskammer

18

Regelkegel

19

Hohlraum

21

Dehnstoff

22

Kolbenelement

23

Zylinder

24

Feder

Claims (8)

1. Regelventil mit einem einen Durchlass umschließenden Ventilsitz und mit einem mit diesem zur Durchflussrege­ lung zusammenwirkenden axial beweglichen Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Ventilkör­ pers (7) ein relativ zu diesem bei Temperaturänderung selbsttätig beweglichen Regelkegel (18) angeordnet ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fest mit dem Ventilkörper (7) verbundenes Kolbenelement (22) in das Innere des Regelkegels (18) ragt und in diesem ein Dehnstoff (21) angeordnet ist.

3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnstoff einen im wesentlichen linearen tem­ peraturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten hat.

4. Regelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Dehnstoff ein Dehnwachs ist.

5. Regelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Dehnstoff eine technische Flüssig­ keit ist.

6. Regelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Dehnstoff ein metallisches Dehnmit­ tel ist.

7. Regelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass zwischen Regelkegel (18) und Ventilkörper (7) eine Feder (24) angeordnet ist.

8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24) zwischen einem mit dem Regelkegel (18) verbundenen Zylinder (23) und dem Ventilkörper (7) angeordnet ist.