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Die Erfindung betrifft ein Heizkörperventil
mit einem Ventilsitz, der eine Öffnung
umgibt, die von einem Ventilelement verschließbar ist, das in einer Schließstellung
entlang einer Schließlinie
am Ventilsitz anliegt.
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Ein derartiges Heizkörperventil
ist aus
US 3 272 433 bekannt.
Ein kreisförmiger
Ventilsitz wirkt mit einem flächigen
Ventilelement zusammen.
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Derartige Heizkörperventile sind allgemein bekannt
und werden in oder an den meisten Heizkörpern eingesetzt. Das Ventilelement,
das auch als "Ventilkegel" bezeichnet wird, wird durch eine Feder in Öffnungsrichtung,
d.h. vom Ventilsitz weg, vorgespannt. Eine Betätigungseinrichtung, in der
Regel ein Thermostatventilaufsatz, übt in Abhängigkeit von einer Raumtemperatur
eine Schließkraft
auf das Ventilelement aus, die, falls erforderlich, dazu führt, daß das Ventilelement
am Ventilsitz anliegt. Dadurch wird der weitere Zufluß von Heizflüssigkeit
in den Heizkörper
unterbrochen. Die An lage des Ventilelements am Ventilsitz erfolgt
dabei entlang einer Schließlinie.
Diese Schließlinie
ist keine Linie im mathematisch exakten Sinn, sie ist aber in der
Regel ein relativ schmaler Flächenbereich,
an dem eine Berührung
zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz erfolgt.
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Die äußeren Abmessungen eines derartigen Heizkörperventils
sind begrenzt. Hierbei spielen beispielsweise die Anschlußmaße der Heizkörper eine Rolle,
aber auch Platzverhältnisse
in der Umgebung des Heizkörpers.
Dies führt
dazu, daß der äußere Durchmesser
des Ventilsitzes eine vorbestimmte Größe nicht überschreiten kann. Auch die
Hubhöhe des
Ventilelements relativ zum Ventilsitz ist begrenzt.
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DE-OS
2 315 626 zeigt eine Armatur mit einem Ventilsitz und einem
damit zusammenarbeitenden Verschlußorgan, das als Ventilteller
ausgebildet ist. Der Ventilsitz ist als Stirnfläche einer Öffnung ausgebildet, die den
Verlauf einer in einem Kreis eingeschriebenen Schlangen-, Zick-Zacklinie,
Mäander oder
dergleichen aufweist. Sie kann durch einen gewellten Blechstreifen
oder dergleichen gebildet werden.
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DE 100 25 749 C1 zeigt ein Ventil für eine Kraftfahrzeug-Luftfeder
mit Zusatzvolumen, das bei geringem Verbrauch an elektrischer Energie
ein fein dosiertes, stufenloses Öffnen
und ein stabiles Verhalten bei Strömungskräften aufweisen soll. Dieses Ventil
weist als Ventilsitz eine Sterndüse
auf, bei der mehrere schlitzartige Öffnungen auf Radialstrahlen angeordnet
sind. Die schlitzartigen Öffnungen
sind an der Oberseite von länglichen
Pyramiden angeordnet, die wiederum sternförmig um einen gemeinsamen Mittelpunkt
angeordnet sind. Mit dieser Sterndüse wirkt ein Dichtkörper zusammen,
der als Manschette ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
unveränderten
Außenabmessungen
des Heizkörperventils
eine n großen
Durchfluß zu
ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Heizkörperventil
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Schließlinie mehrere
Abschnitte aufweist, die nach innen in die Öffnung gerichtet sind, und
außen entlang
der Schließlinie
auch in Schließstellung
des Ventilelements ein Freiraum vorgesehen ist, wobei die Abschnitte
gegenüber
einer Ebene, die durch radial am weitesten außen liegende Umfangsabschnitte
der Öffnung
definiert ist, vom. Ventilelement weg geneigt sind.
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Mit dieser Ausgestaltung wird die
Schließlinie
gegenüber
einer einfachen Kreislinie, die die Öffnung umgibt, vergrößert. Damit
steht bei einem Abheben des Ventilelements vom Ventilsitz eine größere Querschnittsfläche zur
Verfügung, über die
die Heizflüssigkeit
strömen
kann. Dies setzt allerdings voraus, daß auf beiden Seiten der Schließlinie ein Freiraum
vorhanden ist, durch den die Heizflüssigkeit ungedrosselt fließen kann.
Wenn dieser Freiraum bereits in der Schließstellung vorhanden ist, dann
bleibt er, auch dann erhalten, wenn das Ventilelement um eine kleine
Entfernung vom Ventilsitz abgehoben wird. Die Vergrößerung der
Schließlinie
führt also
tatsächlich
zu einer Vergrößerung eines
Abströmquerschnitts,
durch den die Flüssigkeit
ungedrosselt fließen
kann. Die Schließlinie
ist sozusagen von außen nach
innen konkav geneigt. Das Ventilelement muß sich im Schließzustand
dann etwas konvex verformen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil,
daß sich beim Öffnen des
Ventils, d.h. beim Abheben des Ventilelements vom Ventilsitz, zunächst in
der Mitte, d.h. bei den radial innen liegenden Abschnitten der Schließlinie,
ein kleiner Spalt zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz
ergeben wird, durch den bereits eine kleine Flüssigkeitsströmung möglich ist. Mit
nachlassendem Schließdruck
auf das Ventilelement wird dieser Spalt größer, bis schließlich das Ventilelement
vollständig
vom Ventilsitz abhebt. Durch dieses Öffnungsverhalten ist zu Beginn
der Öffnung
eine sehr feinfühlige
Steuerung der Wärmeträgerflüssigkeit
durch das Ventil möglich.
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Vorzugsweise sind die Abschnitte
gleichmäßig um den
Umfang der Öffnung
verteilt. Je mehr Abschnitte vorgesehen sind, desto länger wird
die Schließlinie,
d.h. desto größer wird
der Strömungsquerschnitt,
durch den die Flüssigkeit
fließen
kann, wenn das Ventilelement vom Ventilsitz abgehoben ist. Die gleichmäßige Verteilung
sichert eine gewisse Symmetrie, so daß das Ventilelement beim Durchströmen der
Wärmeträgerflüssigkeit
gleichmäßig belastet
ist. Dies setzt die Neigung des Ventilelements zu Schwingungen herab.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß der
Abschnitt eine maximale Entfernung von der Ebene im Bereich von
0,1 bis 0,2 mm aufweist. Eine derart kleine Absenkung der inneren
Enden der Abschnitte gegenüber
ihren äußeren Enden
läßt sich
durch eine Verformung des Ventilele ments leicht auffangen. Sie gestattet
aber die oben erwähnte
sehr feinfühlige Steuerung
der Wärmeträgerflüssigkeit
durch das Ventil.
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Vorzugsweise ist der Ventilsitz an
einem Sitzelement ausgebildet und der Freiraum ist durch eine Ausnehmung
im Sitzelement gebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß man ein
herkömmliches Ventilelement
mit einer praktisch kreisrunden Anlagefläche verwenden kann. Die Berührung zwischen dem
Ventilsitz und dieser Anlagefläche
des Ventilelements erfolgt dann entlang der Schließlinie,
die sich nicht mehr auf einen kreisförmigen Bereich am Rand des
Ventilelements beschränkt,
sondern auch radial weiter innen liegende Flächenbereiche des Ventilelements
beaufschlagt. Dadurch, daß außerhalb
der Schließlinie
Ausnehmungen vorgesehen sind, und zwar dort, wo die Abschnitte der
Schließlinie
radial nach innen verlaufen, ist sichergestellt, daß nach dem
Abheben des Ventilelements vom Ventilsitz sofort der notwendige
Strömungsquerschnitt
zur Verfügung
steht, der den größeren Durchfluß erlaubt
und damit die größere Kapazität des Ventils
sicherstellt.
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Vorzugsweise weist die Ausnehmung
einen geneigten Boden auf. Diese Ausgestaltung hat mechanische Vorteile.
Das den Ventilsitz aufnehmende Sitzelement wird mechanisch stabiler.
Die Schließlinie
verläuft
nicht mehr nur auf der oberen Kante einer "Wand", sondern sie wird
zuverlässig
durch Korpusteile des Sitzelements abgestützt.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß der
Boden von außen
in die Schließlinie übergeht.
Die Schließlinie
ist also praktisch über
ihre gesamte Länge
in ausreichendem Maße
abgestützt.
Darüber
hinaus erfolgt durch den geneigten Boden, der von außen in die
Schließlinie übergeht,
ein sanfter Übergang
für die
Flüssigkeit
beim Überströmen der Schließlinie.
Dies führt
zu einem geräuscharmen
Verhalten des Ventils. Dieses geräuscharme Verhalten des Ventils
ergibt sich als positiver Nebeneffekt zwar ohnehin durch die Verlängerung
der Schließlinie
und den damit verbundenen kleineren Druckabfall (verglichen mit
einem herkömmlichen
Ventil bei gleicher Hubhöhe),
sie wird aber durch die Ausbildung des Bodens noch verbessert.
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Hierbei ist bevorzugt, daß der Boden
einen Neigungswinkel im Bereich von 30° bis 90° aufweist. Dieser Neigungswinkel
sichert einerseits eine ausreichende mechanische Stabilität, erlaubt
andererseits aber ein relativ geräuscharmes Durchströmen des Ventils.
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In einer alternativen oder zusätzlichen
Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Freiraum im Ventilelement
ausgebildet ist und das Ventilelement gegenüber dem Ventilsitz verdrehsicher
gelagert ist. Wenn das Ventilelement gegenüber dem Ventilsitz verdrehsicher
gelagert ist, dann kann man die Ausnehmungen im Ventilelement so
vorsehen, daß sie
mit der Führung
der Schließlinie übereinstimmen,
d.h. daß auch
in den radial nach innen gerichteten Abschnitten der Schließlinie immer
ein ausreichender Freiraum außerhalb
der Schließlinie
zur Verfügung
steht, durch den die Wärmeträgerflüssigkeit strömen kann.
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Vorzugsweise ist die Schließlinie sternförmig ausgebildet.
Mit einer sternförmigen
Ausbildung läßt sich
eine relativ lange Schließlinie
auf kleinem Raum erzeugen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
ist vorgesehen, daß das
Ventilelement eine einstellbare Hubhöhenbegrenzung aufweist. Mit
der Hubhöhenbegrenzung
kann man eine Voreinstellung für
die maximale Durchflußmenge
der Wärmeträgerflüssigkeit durch
das Ventil ermöglichen.
Hierzu ist es bereits bekannt, eine "Schürze" zu verwenden, die mit
einer veränderlichen Überdeckung
zu einer Abströmöffnung im
Gehäuse
des Ventils angeordnet ist. Durch Verdrehen dieser Schürze läßt sich
der Abströmquerschnitt
verändern.
Diese Ausgestaltung hat jedoch im Zusammenhang mit der verlängerten
Schließlinie nicht
immer den gewünschten
Effekt. Insbesondere kann es hierbei zu ungleichförmigen Belastungen
auf das Ventilelement kommen. Diese Nachteile werden durch die Verwendung
einer Hubhöhenbegrenzung für das Ventilelement
vermieden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht durch ein Heizkörperventil,
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2 eine
Draufsicht auf einen Ventilsitz,
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3 einen
Schnitt durch ein Sitzelement entsprechend einer Ansicht III-III
nach 2,
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4 eine
Schnittansicht nach einem abgewandelten Ausführungsbeispiel,
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5 eine
Draufsicht auf einen Ventilsitz mit einem Ventilelement,
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6 eine
weitere Ausführungsform
eines Ventilsitzes und
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7 eine
vierte Ausführungsform
eines Ventilsitzes.
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Ein in 1 dargestelltes
Heizkörperventil 1 weist
ein Gehäuse 2 auf,
in das ein Ventileinsatz 3 eingeschraubt ist. Der Ventileinsatz 3 weist
eine Ventilspindel 4 auf, die an ihrem einen Ende ein Ventilelement 5 trägt. Das
Ventilelement 5 ist aus einem elastomeren Material gebildet
und durch eine Stützscheibe 6 abgestützt. Das
Ventilelement 5 hat im wesentlichen die Form eines flachen
Zylinders.
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Die Ventilspindel 4 wird
betätigt
von einem Betätigungsstift 7,
der durch eine Stopfbuchse 8 geführt ist. Der Betätigungsstift 7 wirkt
auf die Ventilspindel 4 gegen die Kraft einer Öffnungsfeder 9.
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Das Ventilelement 5 wirkt
zusammen mit einem Ventilsitz 10, der an einem Sitzelement 11 ausgebildet
ist. Das Sitzelement 11 ist in 1 in zwei unterschiedlichen Versionen
dargestellt. In der linken Hälfte
der 1 ist das Sitzelement 11 über eine
Bördelverbindung 12 mit
dem Ventileinsatz 3 verbunden, wobei der Ventileinsatz 3 eine
Verlängerung 13 aufweist,
in der wiederum eine Reihe von Öffnungen 14 angeordnet
sind, die den Durchtritt von Wärmeträgerflüssigkeit
vom Ventilsitz zu einem Austrittsraum 15 erlauben.
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Das Sitzelement 11 wiederum
ist auf einen Stutzen 16 aufgesteckt. Es trägt an seinem
dem Stutzen 16 zugewandten Ende einen O-Ring 17,
der in einer Innennut 18 am Sitzelement 11 angeordnet
ist.
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Die in der rechten Hälfte der 1 dargestellte Ausführungsform
des Sitzelements 11 ist zwar ebenfalls durch eine Bördelverbindung 12 der
Verlängerung 13 des
Ventileinsatzes 3 gehalten. Die Bördelverbindung 12 hält hier
aber gleichzeitig den O-Ring 17, der die Verbindung zum
Stutzen 16 abdichtet. Der Stutzen 16 ist bei dieser
Ausführungsform
etwas länger.
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Wie aus 2 zu erkennen ist, hat der Ventilsitz 10 eine
besondere Form. Der Ventilsitz 10 umgibt eine Öffnung 19,
durch die Wärmeträgerflüssigkeit
aus dem Stutzen 16 in den Austrittsraum 15 übertreten
kann, wenn das Ventilelement 5 vom Ventilsitz 10 abgehoben
ist. Diese Öffnung
weist einen größten Durchmesser
D auf, der durch die Baugröße des Heizkörperventils 1 begrenzt
ist.
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An diesem größten Durchmesser D sind Abschnitte 20 einer
Schließlinie
des Ventilsitzes 10 angeordnet, an denen das Ventilelement 5 anliegt, wenn
das Heizkörperventil 1 geschlossen
ist. Von diesen Abschnitten 20 gehen Abschnitte 21 aus,
die im vorliegenden Fall als Radialstrahlen nach innen in die Öffnung 19 verlaufen.
Zwei derartige Abschnitte 21 sind durch Abschnitte 22 verbunden,
die auf einem wesentlich kleineren Durchmesser liegen.
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Die Schließlinie, die durch die Abschnitte 20, 21, 22 gebildet
ist, hat also einen Zickzack- oder sternförmigen Verlauf. Sie ist damit
wesentlich länger als
eine Schließlinie,
die lediglich durch eine Kreislinie gebildet ist mit dem Durchmesser
D.
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Die Innenseite der Schließlinie 20-22
begrenzt die Öffnung 19.
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Auf der Außenseite der Schließlinie 20-22
ist überall
ein Freiraum vorgesehen, der im Sitzelement 11 ausgebildet
ist. Dieser Freiraum 23 ist in 3 zu erkennen.
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Das Sitzelement 11 trägt auf seiner
in 3 linken Seite den
Ventilsitz 10. Zwischen Abschnitten 21 auf der
Außenseite
sind Ausnehmungen vorgesehen, die den Freiraum 23 bilden.
Diese Ausnehmungen weisen einen Boden 24 auf, der geneigt
ist und zwar um einen Neigungswinkel im Bereich von 30° bis 90°. Im letzten
Fall ist streng genommen kein Boden vorhanden. Der Boden 24 geht
in den Ventilsitz 10 über,
d.h. an der radial inneren Seite weist jeder Freiraum 23 die
geringste Höhe
auf. Diese Höhe
vergrößert sich
jedoch radial nach außen.
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Die Flüssigkeit, die von dem Stutzen 16 in den
Austrittsraum 15 fließt,
wird nur durch das Zusammenwirken des Ventilelements 5 mit
der Schließlinie
20-22 des Ventilsitzes 10 gedrosselt, d.h. der Widerstand
bestimmt sich ausschließlich
durch den Abstand zwischen dem Ventilelement 5 und dem
Ventilsitz 10. Flüssigkeit,
die über
die Abschnitte 20 aus dem Stutzen 16 austritt,
kann unbeeinflußt
vom Sitzelement 11 in den Austrittsraum 15 abfließen. Flüssigkeit,
die über
die Abschnitte 21 der Schließlinie übertritt, kann ebenfalls ungehindert
in den Freiraum 23 abfließen. Dies gilt selbst für radial
weiter innen liegende Bereiche, weil der Freiraum 23 mit
dem geneigten Boden 24 keinen nennenswerten zusätzlichen
Drosselwiderstand bildet. Auch bei den Abschnitten 22 erfolgt
praktisch keine Drosselung zusätzlich
durch einen möglicherweise
zu geringen Abstand zwischen dem Ventilelement 5 und dem
Sitzelement 11. Falls hier dennoch eine zusätzliche
Drosselung auftreten sollte, ist diese unkritisch, weil die Summe
der Längen
der Abschnitte 22 gemessen an der Länge der Schließlinie 20-22
relativ klein ist.
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Durch die relativ große Länge der
Schließlinie
20-22 ergibt sich beim Abheben des Ventilelements 5 vom
Ventilsitz 10 eine entsprechend große Öffnung, durch die die Flüssigkeit
hindurchtreten kann. Die Größe der Öffnung entspricht
der Hubhöhe (Abstand
zwischen dem Ventilelement 5 und dem Ventilsitz 10)
multipliziert mit der Länge
der Schließlinie
20-22. Es liegt auf der Hand, daß bei einer entsprechend großen Schließlinie 20-22
auch eine entsprechend große Öffnung für den Durchtritt
der Wärmeträgerflüssigkeit
zur Verfügung
gestellt wird.
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Im Ventileinsatz 3 ist ein
Anschlag 25 angeordnet, der durch Verdrehen im Ventileinsatz 3 in
seiner axialen Position geändert
werden kann. Hierzu ist ein Gewinde 26 vorgesehen. Der
Anschlag 25 bildet eine Hubhöhenbegrenzung für das Ventilelement 5. Hierdurch
kann die maximale Durchflußmenge
durch das Ventil voreingestellt werden. Zum Verdrehen des Anschlags 25 im
Ventileinsatz 3 ist ein Drehmomentübertragungselement 27 vorgesehen,
das mit Hilfe eines Griffstücks 28 verdreht
werden kann.
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Mit der dargestellten Ausführungsform
werden Durchtrittsmengen in der Größenordnung von 1000 bis 1500
l/h ermöglicht.
Mit der stark vergrößerten Länge der
Schließlinie
20-22 ist eine Kapazitätssteigerung
des Ventils gegenüber
einer kreislinienförmigen
Schließlinie
mit gleichem größten Durchmesser
D um etwa 50 verbunden.
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Die 4 und 5 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform
eines Sitzelements 11'. Das Sitzelement 11' weist
zunächst
auf seiner Außenseite
eine Umfangsnut 18' auf, in die ein O-Ring eingesetzt werden
kann, um eine Dichtung zwischen dem Sitzelement 11' und
einem Rohrstutzen zu bewirken, wenn das Sitzelement 11' in
den Rohrstutzen eingesetzt wird.
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Ferner ist das Sitzelement 11' an
seiner Oberseite, die den Ventilsitz 10 bildet, eben. Auch hier
ist aber eine relativ lange Schließlinie 20-22 dadurch
gebildet, daß die Öffnung 19 durch
eine sternförmige
Führung
der Schließlinie
umgrenzt ist. Um hier den nötigen
Freiraum 23' zu schaffen, weist das Ventilelement 5 eine
Form auf, die der Form der Öffnung 19 entspricht,
wobei natürlich
das Ventilelement 5 etwas größer ist, um an dem Ventilsitz 10' zur
Anlage kommen zu können.
Darüber
hinaus weist das Ventilelement 5' eine Spindel 4' mit
einer Verdrehsicherung 29 auf, so daß das Ventilelement 5 relativ
zu dem Sitzelement 11' unverdrehbar gehalten ist.
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Die 6 und 7 zeigen andere Formen einer Schließlinie 30 bzw. 31.
In allen Fällen
ist die Öffnung 19 von
einer relativ langen Schließlinie 30, 31 umgeben,
so daß das
Heizkörperventil
mit dieser Art eine sehr große
Kapazität
hat.
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Man kommt also bei einem derartigen
Heizkörperventil 1 mit
einer relativ kleinen Hubhöhe
des Ventilelements 5 aus, wenn man die gleichen Durchflußmengen
realisieren möchte,
wie bei herkömmlichen
Ventilen auch. Bei gleicher Hubhöhe
erreicht man eine wesentlich größere Durchflußmenge.
Bei gegebener Durchflußmenge
könnte
man das Ventil verkleinern.
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Dadurch, daß eine relativ große Schließlinie 20-22
zur Verfügung
steht, ist ein größerer Druckabfall über das
Ventil zulässig.
Die thermostatischen Elemente, die üblicherweise zur Steuerung
eines derartigen Ventils verwendet werden, haben eine begrenzte
Kraft. Mit einer großen Öffnung 19 ist
ein größerer Druckabfall
nicht zulässig,
weil das Thermostatelement die notwendige Kraft nicht aufbringen
könnte,
um das Ventilelement 5 zu schließen. Wenn aber dieser Bereich 19 verkleinert
wird und gleichzeitig die Schließlinie 20-22 vergrößert wird,
kann ein größerer Druckabfall
zugelassen werden.
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Der Umstand, daß die Schließlinie 20-22
länger
wird, hat auch einen Einfluß auf
die Abströmgeschwindigkeit
des Wassers durch das Ventil. Dadurch wird das Geräuschniveau
des Ventils positiv beeinflußt.
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Darüber hinaus ergibt sich ein
weiterer Vorteil: durch die relativ lange Schließlinie 20-22 ist die Gefahr
vermindert, daß das
Ventilelement 5 "zuschnappt", also schlagartig auf den
Ventilsitz 10 zu gezogen wird, wenn das Ventil in der falschen
Durchströmrichtung
eingebaut wird. Die Gefahr eines "Wasserschlages" wird also kleingehalten.
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Wie aus 3 hervorgeht, ist der Ventilsitz 10 konkav
ausgeführt,
d.h. die Abschnitte 21 sind radial nach innen geneigt,
so daß die
Abschnitte 22 zu den Abschnitten 20 eine axiale
Entfernung a aufweisen. Diese Entfernung a hat eine Größenordnung
im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm. Das Ventilelement 5 muß ausreichend
verformbar sein, um in einer Schließstellung auch dieser Wölbung folgen
zu können.
Die Darstellung der 3 zeigt
die konkave Wölbung übertrieben
groß.
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Die konkave Ausbildung des Ventilsitzes 10 hat
folgende Wirkung: Wenn die Schließkraft auf das Ventilelement 5 nachläßt, wird
sich aufgrund der Verformbarkeit des Ventilelements 5 zunächst eine
Undichtigkeit im radial inneren Bereich des Ventilsitzes 10 ergeben,
so daß Flüssigkeit über die
Abschnitte 22 in die Freiräume 23 ablaufen kann.
Mit weiter nachlassendem Druck wird sich eine immer größer werdende Öffnung entlang
der Abschnitte 21 ergeben, so daß hier weiter Flüssigkeit
nachströmen kann.
Wenn schließlich
das Ventilelement 5 vom Ventilsitz 10 abhebt und
auch die Abschnitte 20 der Schließlinie freigibt, ist das Ventil
vollständig
geöffnet.
Danach erfolgt die Drosselung nur noch durch den Abstand zwischen
dem Ventilelement 5 und der Schließlinie 20-22.