DE10019476A1 - Axiales Dreiwegeventil mit integrierter Messvorrichtung zum Messen des Differenzdrucks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrfft ein Dreiwegeventil mit einer eingebauten Patrone für die Temperaturregelung. Das heiße Medium fließt in Richtung der Achse des Gehäuses und wechselt nur sehr gering die Richtung. Das kalte Medium dagegen fließt von der Seite und ändert die Richtung um 90 DEG . Damit ist der Druckabfall des heißen Mediums kleiner. Die Differenzdruckmessung ist so ausgeführt, dass bei kleinen Druchflüssen ein relativ großer Druckabfall und bei großen Durchflüssen ein relativ kleiner Druckabfall erfolgt. Dies wird mit zwei Ventiltellern realisiert, die mit einer Feder auseinander gehalten werden. Der obere Teller ist mit dem Druck der Feder in den Sitz gepresst. Bei kleinstem Volumenstrom muss sich der Teller bewegen, damit im Spalt ein relativ hoher Druckabfall entsteht. Bei größerem Volumenstrom dagegen rückt der untere Teller ganz weg, der Spalt ist groß und der Druckabfall ist aber dennoch nicht viel höher.

Description

Bekannte Dreiwegemischventile sind so gebaut, dass der Strom des heißen Mediums auf dem Weg durch das Ventil eine Veränderung der Volumenstromrichtung um 90° machen muss. Die Folge ist ein relativ hoher Druckverlust.

Einige bekannte Messvorrichtungen zum Messen des Differenzdruckes arbeiten mit einer Blende oder nach dem Prinzip eines Venturi-Rohrs. Diese sind jedoch nicht ausreichend empfindlich für geringe Durchflussmengen oder verbrauchen sehr viel Druck. Einige wiederrum wirken mit dem Druckabfall des heißen Mediums über eine große Drosselkappe direkt auf den Ventilteller im Primärkreis. Damit wird eigentlich gar nicht der Differenzdruck gemessen, sondern der Volumenstrom im Primärkreis beeinflusst. Demnach wird der Volumenstrom direkt reguliert und nicht nur gemessen. Die Drosselkappe in einem solchen Regelelement muss relativ groß sein, damit sie genügend Kraft für die Bewegung und die dichte Schließung des Ventiltellers entwickelt. Also ist die gesamte Konstruktion ziemlich groß und teuer. Nebenbei muss der Spalt auf dem Umfang der Platte sehr klein sein, damit das Regelelement auch auf sehr kleine Durchflüsse reagiert. Ein enger Spalt kann sich aber leicht mit Schmutz aus dem Medium zusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile im Stand der Technik zu eliminieren.

Die Erfindung sieht hierzu ein axiales Dreiwegeventil vor, in welchem ein sehr empfindlicher Druckmesser zum Messen des Differenzdruckes integriert ist. Wenn die Temperatur des Volumenstrommediums zu hoch ist, schließt sich der Zufluss des heißen Mediums und der Zufluss des kalten Mediums öffnet. Der Messer des Differenzdruckes reagiert schon auf den kleinsten Volumenstrom und löst sofort die Öffnung des Motorventiles in dem Primärkreis aus. Es ist am geeignetsten für den Einbau in Fernwärme-Hauszentralen für die Vorbereitung von warmem Verbraucherwassers nur mit Wärmewechsler und ohne Akkumulator. Hier wird nämlich ein sehr schnelles Öffnen des Primärkreises gefordert, so dass kaltes Wasser nicht unnöttig lange fließt.

Die Erfindung zeigt folgende Vorteile:

• - in dem Dreiwegeventil wird der Druckverlust des heißen Mediums so klein wie nur möglich gehalten
• - die Messung des Differenzdruckes ist bei einem möglichst geringen Druckverlust sehr empfindlich. So entsteht in der Drossel schon bei einem kleinen Volumenstrom ein genügend großer Druckabfall, den der Sensor sicher erkennen kann. Zugleich ist aber bei einem großen Volumenstrom der Druckabfall in der Drossel nicht wesentlich höher, dass damit nicht die Kapazität des Ventils zu sehr beeinträchtigt ist.

Das Dreiwegeventil ist so gebaut, dass das heiße Medium geradlinig durch das Axialventil strömt, in dem eine Patrone für die Temperaturregulierung ist. Das kalte Medium wird seitlich zugeführt und die Stromrichtung um 90° geändert. Im Axialventil ist die Veränderung der Richtung erheblich kleiner und damit auch der Druckverlust. Normal fließt durch das Ventil nur das heiße Medium, das kalte Medium wird nur im Fall einer Panne im System seitlich dazu gemischt. Deshalb ist besonders der Druckabfall des heißen Mediums wichtig.

Der Ventilteller des heißen Mediums ist aus zwei Tellern zusammengesetzt, dem unteren und oberen, zwischen welchen eine Feder eingebaut ist, die sie auseinander hält. Wenn die Temperatur des Mediums unter den kritischen Wert sinkt, sind bei dem Volumenstrom des heißen Mediums beide Teller geöffnet. Wenn aber kein Volumenstrom vorhanden ist, wird der obere Teller unter der Federkraft geschlossen. Schon bei kleinstem Volumenstrom des heißen Mediums muss sich der obere Teller ein bißchen öffnen. Der Spalt, der damit bei kleinem Volumenstrom entsteht, ist sehr klein. Die Folge ist ein relativ hoher Druckabfall im Spalt. Der Spalt zwischen dem oberen und unteren Teller ist so im Grunde eine Drossel. Der niedrigere Druck wird im Spalt abgenommen, wo die Geschwindigkeit am höchsten und der dynamische Druck am kleinsten ist. Der höhere Druck wird vor dem Ventilsitz abgenommen, wo der Gehäusedurchmesser am größten, die Geschwindigkeit am kleinsten und der Druck der höchste ist. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass auch ohne große Drossel bei einem kleinen Druckabfall bei großem Volumenstrom auch ein genügend hoher Druckabfall bei kleinem Volumenstrom erzielt wird. Der Differenzdrucksensor kann so einfach und billig und das gesamte Gehäuse klein und kostengünstig sein.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, in der

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dreiwegeventils zeigt;

Fig. 2 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dreiwegeventils zeigt; und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie N-N aus Fig. 1 zeigt.

Das heiße Medium tritt in Richtung A durch die Eintrittskammer 2 des Gehäuses 1 ein und fließt dann zwischen dem Sitz 31 und dem oberen Teller 33 in die Mittelkammer 29 und von dort weiter in die Austrittskammer worauf es dann in Richtung B austritt. Die Eintritts- A und Austrittsrichtung B sind auf der gleichen Achse 19. Die Richtung C steht dagegen rechtwinklig auf die Achse 19. In der Mittelkammer ist zur Richtung 19 ein inneres Gehäuse 25 axial angeordnet, in welchem eine Patrone 22 ist, auf die von der unteren Seite eine Sicherungsfeder 21 drückt, und oben eine Öffnungsfeder 26 auf einen Steg 27 drückt. Auf dem Steg ist der untere Ventilteller 30 angebracht. Im unteren Ventilteller ist eine Schliessfeder 12 plaziert, die den oberen Ventilteller 33 auf den Ventilsitz 31 drückt. Im oberen Teller ist ein Abstreifer 13, der den Eintritt von Schmutz verhindert und eine Überlaufbohrung 14, durch welche das Medium während der Bewegung des oberen Tellers relativ zum unteren Teller fließen kann. Der untere Rand 16 des unteren Tellers ist mit der Kraft der Öffnungsfeder 26 an den Dichtungskranz 15 des oberen Teiles des Innengehäuses gedrückt. Wenn die Temperatur des heißen Mediums zu hoch ist, bewegt sich der Kolben 23 aus der Patrone nach oben und presst beide Kolben zusammen an den Sitz 31 und schließt damit den Volumenstrom des heißen Mediums. Gleichzeitig schiebt sich der untere Teller weg vom Dichtungskranz 15. Das kalte Medium tritt deshalb von der Richtung C ins Gehäuse und kommt durch den Kanal 17 in die Innenkammer 18 im inneren Gehäuse, von dort aber durch einen Spalt zwischen dem unteren Teller und dem Dichtkranz in die Mittelkammer 29 und fließt schließlich durch die Auslasskammer 20 in Richtung B aus. Die innere Kammer 18 ist im Inneren des Gehäuses 25 mit Rippen 24 befestigt, die in axialer Richtung zu dem Volumenstrom des heißen Mediums angeordnet sind. Das innere Gehäuse 25 ist gegen das Gehäuse 1 mit Dichtungen 28 abgedichtet. Damit ist ein direkter Eintritt des kalten Mediums in die Mittelkammer verhindert. Wenn die Temperatur des heißen Mediums so sehr ansteigt, dass es wegen der zu großen Kraft des Kolbens 23 zu einem Bruch kommen könnte, verschiebt sich die Patrone 22 nach unten und drückt dabei zusätzlich auf die Sicherungsfeder 21. Wenn die Temperatur fällt, drückt die Sicherheitsfeder die Patrone wieder zurück an ihre Stelle. Die Messabnahme 3 des größeren Druckes p+ ist auf der Eintrittskammer 2 ausgeführt, wo der normale Querschnitt ist und die Geschwindigkeit am kleinsten, der Druck aber am höchsten ist. Die Messabnahme 11 des kleineren Drucks p- ist in der Nut 32 ausgeführt, die kurz vor dem Sitz 31 angebracht ist, wo die Geschwindigkeit am größten und der Druck am niedrigsten ist. Beide Drücke p+ und p- sind in den Differenzdrucksensor 4 eingeführt und mit Dichtungen 6 abgedichtet, die in die Nut 4 im Körper des Sensors eingefügt sind. Zwischen den Dichtungen 6 befindet sich in dem Körper des Sensors eine tiefe Montagenut 10, in der sich beim Einbau des Sensors ins Gehäuse 1 das Kabel 7 eindreht und versteckt lässt. Im Gehäuse 1 ist eine Öffnung 8, durch die sich das Kabel herausziehen lässt. Danach wird die Öffnung mit Dichtmasse vergossen. In der Achse der Messabnahme 3 und der Messabnahme 11 sind im Gehäuse 1 Entlüftungsschrauben 5 und 9. Durch ihre zwei Bohrungen werden die Messabnahmekanäle gebohrt.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform, bei der die Nut 32 für die Abnahme des kleineren Druckes p- hinsichtlich des Volumenstroms des heißen Mediums hinter dem Sitz 31 ausgeführt ist. Mit dieser Ausführung wird der Druckunterschied bei kleinen Durchflüssen nochmals vergrößert und der Eintritt von Schmutz wirkungsvoll verhindert 11.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt entlang der Schnittlinie N-N aus Fig. 1. Aus der Richtung C tritt das kalte Medium durch den Kanal 17 ins Innere des Gehäuses 25, in welchem mit Rippen 24 die innere Kammer 18 befestigt ist. Zwischen dem inneren Gehäuse und der inneren Kammer ist die Mittelkammer 29.

Claims (5)

1. Axiales Dreiwegeventil mit Messvorrichtung zum Messen des Differenzdrucks, wobei ein heißes Medium in Richtung (A) ins Gehäuse (1) eintritt und in Richtung (B) austritt, wobei die Richtungen (A) und (B) auf der gleichen Achse (19) sind und in der Mittelkammer (29) das innere Gehäuse (25) angeordnet ist und die innere Kammer (18) mit Rippen (24) befestigt ist und die Rippen (24) und die Innenkammer (18) parallel und konzentrisch mit der Achse (19) angebracht sind, und dass in der inneren Kammer (18) eine Patrone (22) eingebaut ist, die mit einer Sicherheitsfeder (21) fixiert ist und über einen Kolben (23) der Patrone über eine Achse (27) auf die Öffnungsfeder (26) drückt und auf der Achse (27) der untere Ventilteller (30) angebracht ist, der mit seinem unteren Rand (16) auf den Kranz (15) drückt und damit den Eintritt des kalten Mediums aus der Richtung (C) durch den Kanal (17) und die Innenkammer (18) in die Mittelkammer (29) schließt, bis der Kolben (23) in der unteren Stellung und das innere Gehäuse (25) gegen den Kanal (17) mit den Dichtungen (28) abgedichtet ist.

2. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, wobei auf dem unteren Teller (30) der obere Teller (33) angebracht ist, den die Schließfeder (12) auf seinen Sitz (31) drückt, und die Messabnahme (3) des größeren Drucks (p+) in der Eintrittskammer (2) ausgeführt wird, wo der Querschnitt groß, die Geschwindigkeit klein und die Messabnahme (11) des kleineren Druckes (p-) in einer Nut (32) ausgeführt ist, die hinsichtlich der Volumenstromrichtung des heißen Mediums kurz hinter dem Sitz (31) angebracht ist.

3. Dreiwegeventil nach Anspruch 2, wobei die Nut (32) zur Messabnahme des kleineren Druckes (p-) kurz hinter dem Sitz (31) in Richtung des Volumenstromes des heißen Mediums angebracht ist.

4. Dreiwegeventil nach Anspruch 2, wobei in dem unteren Teller (30) ein Abstreifer (13) angebracht ist, der den Spalt zwischen dem unteren (30) und dem oberen (33) Teller schließt, und im unteren Teller (30) eine Überlaufbohrung (14) vorgesehen ist, die aus der Mittelkammer (29) in den Raum zwischen den zwei Tellern führt, und der Eintritt in die Überlaufbohrung (14) in Richtung des heißen Mediums mit einem Abstreifer (13) realisiert ist.

5. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, wobei der Körper des Sensors (4) von zylindrischer Form ist und seine Achse annähernd rechtwinklig auf die Bohrungen für die Druckmessabnahme (p+) und (p-) steht und zwischen den zwei Nuten hinter den Dichtungen (6) noch eine Montagenut (10) vorgesehen ist, in die bei der Montage ein Kabel (7) eingelegt wird, und die Entlüftungsschraube (5) genau in der Verlängerung der Achse der Messabnahme (3) für den Druck (p+) angebracht und die Entlüftungsschraube (9) genau in der Verlängerung der Achse der Messabnahme (11) für den Druck (p-) angebracht ist.