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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflussbegrenzungselement zur Regelung einer Durchflussmenge durch einen Heizkörper eines wasserführenden Gerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei ein Ventilkörper zur Einstellung eines Öffnungsquerschnittes einer Geräteleitung vorgesehen ist, eine Durchflussbegrenzungseinheit mit einem derartigen Durchflussbegrenzungselement, ein Verfahren zur Durchflussbegrenzung, einen Heizkörper für ein wasserführendes Gerät sowie einen Durchlauferhitzer mit einem Heizkörper.
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Elektrisch geregelte Durchlauferhitzer sind grundsätzlich in der Lage, eine Auslauftemperatur bis zur Leistungsgrenze gradgenau zu regeln. Bei geringeren Zulauftemperaturen, hohen Solltemperaturen und einem zu hohen Wasserdurchfluss reicht die Geräteleistung häufig jedoch nicht mehr aus, um die eingestellte Solltemperatur zu erreichen. Daher weisen moderne Durchlauferhitzer häufig eine Durchflussbegrenzungseinheit auf, mit deren Hilfe die Wassermenge, die den Heizkörper und somit den Durchlauferhitzer durchfließt, an die Geräteleistung angepasst wird. Die Durchflussbegrenzungseinheit ist jedoch häufig ein Kompromiss zwischen einem Sommerbetrieb und einem Winterbetrieb. So wäre im Sommer bei gleicher eingestellter Auslasstemperatur ein größerer Durchfluss möglich, da die Zulauftemperatur höher ist. Im Winter kann es dann jedoch zu Nichterreichen der Leistungsgrenze und somit zu einem Nichterreichen der Solltemperatur kommen. Zudem sind bekannte Durchflussbegrenzungseinheiten, insbesondere temperaturgesteuerte und elektronisch geregelte, eigenständige Baugruppen, die nachträglich mit der internen Wasserführung des Heizblocks verbunden werden. Die Anbindung erfolgt häufig über Muffenbzw. Gewindeeinsätze, die neben einem erhöhten Montageaufwand und höheren Kosten insbesondere potentielle Leckagen darstellen.
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In dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 299 06 937 U1 ist eine Durchflussbegrenzungseinheit in einen Druckdifferenzschalter eines hydraulisch gesteuerten Durchlauferhitzers integriert. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch insbesondere die aufwendige und komplizierte Integration der Durchflussbegrenzungseinheit in den Druckdifferenzschalter. Außerdem erfolgt die Änderung der Durchflussmenge nicht in Abhängigkeit der Zulauftemperatur.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Durchflussbegrenzungselement zur Regelung einer Durchflussmenge durch einen Heizkörper eines wasserführenden Gerätes zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine Verwendung sowohl bei elektrisch als auch bei hydraulisch gesteuerten wasserführenden Geräten ermöglicht, eine Durchflussbegrenzungseinheit, die eine Integration des Durchflussbegrenzungselements in einen Heizkörper vereinfacht, ein Verfahren zur Durchflussbegrenzung, einen Heizblock mit einem derartigen Durchflussbegrenzungselement und einen Durchlauferhitzer mit einem derartigen Heizblock zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Durchflussbegrenzungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Durchflussbegrenzungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12, durch einen Heizkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 sowie durch einen Durchlauferhitzer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander ersetzbar sind, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Durchflussbegrenzungselement zur Regelung einer Durchflussmenge durch einen Heizkörper eines wasserführenden Gerätes hat einen Ventilkörper zum Einstellen eines Öffnungsquerschnitts einer Geräteleitung. Erfindungsgemäß weist das Durchflussbegrenzungselement ein zulaufseitiges wärmeempfindliches Betätigungselement zur Veränderung einer Stellung des Ventilkörpers in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur auf.
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Das erfindungsgemäße Durchflussbegrenzungselement ermöglicht eine stufenlose und insbesondere selbsttätige Einstellung eines Öffnungsquerschnitts und somit einer Durchflussmenge in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur, so dass im Sommer aufgrund einer höheren Zulauftemperatur grundsätzlich ein höherer Durchfluss ermöglicht ist als im Winter. Eine elektronische Regelung zur Ansteuerung des Ventilkörpers ist nicht notwendig. Das Durchflussbegrenzungselement arbeitet stromlos und wird lediglich über die Temperatur des Zulaufwassers gesteuert. Insbesondere kann das Durchflussbegrenzungselement sowohl in elektrisch gesteuerten wasserführenden Geräten, als auch in hydraulisch gesteuerten wasserführenden Geräten integriert werden, da es weder elektrische noch hydraulische Betriebsmittel benötigt. Ferner ist das Durchflussbegrenzungselement aufgrund der wegfallenden elektronischen oder hydraulischen Regelung sehr robust, störunanfällig und wartungsarm.
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Bei einem Ausführungsbeispiel bildet das Betätigungselement zumindest abschnittsweise einen Körperabschnitt des Ventilkörpers. Ein derartiges Betätigungselement bzw. ein derartiger Ventilkörper ist besonders kompakt, da durch die Integration des Betätigungselementes in den Ventilkörper die Teileanzahl reduziert wird. Zudem wird die Montage durch die reduzierte Teileanzahl vereinfacht.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper als ein Bimetallverbund hergestellt und mit einem Ende an einer Leitungsinnenwandung befestigt. Eine derartige Durchflussbegrenzungseinheit benötigt keine verschiebbaren oder verdrehbaren Komponenten und ist folglich besonders störunanfällig, quasi verschleißfrei, robust und wartungsarm.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement ein Formgedächtniskörper. Formgedächtniskörper unterliegen bei Temperaturwechseln einer Form- bzw. Größenänderung und sind robust und verschleißfrei. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Betätigungselement in den Ventilkörper zu integrieren und diesen als Formgedächtniskörper auszubilden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement ein Dehnstoff. Der Dehnstoff erfährt bei einer Temperaturänderung eine Größenänderung, die unmittelbar bzw. mittelbar auf den Ventilkörper übertragen werden kann. In Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzgebiet bzw. von einer zu erwartenden maximalen und einer minimalen Zulauftemperatur besteht der Dehnstoff aus einem Öl, aus Wasser oder aus Hartparaffin.
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Eine bevorzugte Durchflussbegrenzungseinheit hat ein erfindungsgemäßes Durchflussbegrenzungselement mit einem Ventilkörper zur Einstellung eines Öffnungsquerschnitts einer Geräteleitung und mit einem zulaufseitigen wärmeempfindlichen Betätigungselement zur Veränderung einer Stellung des Ventilkörpers in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur, und zumindest einen Leitungsabschnitt zur Anordnung des Durchflussbegrenzungselements.
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Eine derartige Durchflussbegrenzungseinheit lässt sich aufgrund des zumindest einen Leitungsabschnitts technisch einfach in bereits bestehende Heizkörper integrieren und somit als Nachrüstsatz verwenden. Es ist lediglich ein bestehender Geräteleitungsabschnitt aus dem Heizkörper herauszutrennen und durch die Durchflussbegrenzungseinheit zu ersetzen. Alternativ kann die Durchflussbegrenzungseinheit auch an einen Endabschnitt einer Geräteleitung des Heizkörpers angebunden werden. Die Durchflussbegrenzungseinheit ist quasi als ein Ventil ausgebildet, das direkt in einen Haupt-Wasserkanal oder in einen Zulaufstutzen eingebracht werden kann und dort eine zulauftemperaturabhängige Regelung der zufließenden Wassermenge durchführt.
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Bevorzugterweise stellt der Ventilkörper den Öffnungsquerschnitt stromabwärts einer Verjüngung des Leitungsquerschnitts ein. Der querschnittsverjüngte Leitungsabschnitt bildet eine Drosselstelle und bewirkt eine Beruhigung der Strömung, wodurch der Ventilkörper weniger Belastungen ausgesetzt ist.
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Alternativ kann der Ventilkörper den Öffnungsquerschnitt auch innerhalb des querschnittsverjüngten Leitungsabschnitts einstellen, wodurch der Ventilkörper grundsätzlich einen kleineren Verstellweg zum Zusteuern des Öffnungsquerschnitt benötigt.
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Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement innerhalb des Leitungsabschnittes positioniert. Hierdurch wird das Betätigungselement unmittelbar von dem Zulaufwasser umströmt und es findet eine großflächige Wärmeübertragung statt. Zudem ist das Betätigungselement vor äußeren Beschädigungen geschützt.
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Das Betätigungselement kann jedoch auch außerhalb des Leitungsabschnittes positioniert sein, wobei zwischen dem Leitungsabschnitt und dem Betätigungselement eine Wärmebrücke gebildet ist. Aufgrund der guten Zugänglichkeit des Betätigungselementes ist dieses Ausführungsbeispiel sehr wartungsfreundlich.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Hauptleitung mit einer Querschnittsverjüngung vorgesehen, von der der Leitungsabschnitt stromaufwärts der Querschnittsverjüngung abgezweigt ist und in die er stromabwärts der Querschnittsverjüngung mündet. Der Leitungsabschnitt wirkt quasi als eine parallelgeschaltete Nebenleitung, wodurch Strömungsturbulenzen durch das Durchflussbegrenzungselement in einer Hauptströmung verhindert bzw. nicht unnötig provoziert werden. Die Querschnittsverjüngung wirkt dabei als Drosselstelle und verhindert, dass das Zulaufwasser ausschließlich durch die Hauptleitung strömt, sondern zumindest ein Teilstrom des Zulaufwassers in die Nebenleitung geführt wird.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchflussbegrenzung wird ein Öffnungsquerschnitt einer Geräteleitung eines wasserführenden Gerätes in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur eines in einen Heizkörper eintretenden zu erwärmenden Wassers eingestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine automatische, stromlose und stufenlose Regelung einer maximal zu erwärmenden Wassermenge in Abhängigkeit von einer umgebungsabhängigen Zulauftemperatur.
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Ein bevorzugter Heizkörper ist mit einer erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit ausgerüstet. Ein derartiger Heizkörper nimmt in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur nur die Wassermenge auf, die er bis zur Leistungsgrenze gradgenau erwärmen kann.
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Ein bevorzugter Durchlauferhitzer, insbesondere elektrischer Durchlauferhitzer, ist mit einem erfindungsgemäßen Heizkörper ausgerüstet. Ein derartiger Durchlauferhitzer erlaubt in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur eine Auslauftemperatur bis zur Leistungsgrenze gradgenau einzustellen. Der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer eignet sich insbesondere für den Haushaltseinsatz zur Bereitstellung von Warmwasser in Küche, Badezimmern oder dergleichen.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Bereitstellung einer stromlosen Durchflussbegrenzungseinheit für einen Heizkörper eines wasserführenden Gerätes wie ein Durchlauferhitzer im Bereich der Hausgerätetechnik zur selbsttätigen Einstellung einer dem Heizkörper zufließenden Wassermenge unter Berücksichtigung der Temperatur des Zulaufwassers.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit,
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3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit,
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5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit,
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7 und 8 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit,
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9 und 10 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit, und
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11 und 12 ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit.
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit 1 zur Begrenzung eines Durchflusses bzw. einer Wassermenge durch einen Heizkörper eines wasserführenden Gerätes wie z.B. eines Durchlauferhitzers dargestellt. Die Durchflussbegrenzungseinheit 1 hat eine Hauptleitung 2, eine parallele Nebenleitung 4 und ein Durchflussbegrenzungselement 6.
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Die Hauptleitung 2 hat zwei endseitig nicht bezifferte Anschlussbereiche zur Integration der Durchflussbegrenzungseinheit 1 in eine von einem Zulaufwasser durchströmten Geräteleitung des Heizkörpers. Die Anschlussbereiche sind als Elemente von herkömmlichen Schraubverbindungen, Flanschverbindungen oder Lötverbindungen ausgebildet. In der Hauptleitung 2 ist eine als eine Drosselstelle wirkende Querschnittsverjüngung 8 gebildet.
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Die Nebenleitung 4 ist stromaufwärts der Drosselstelle 8 von der Hauptleitung 2 abgezweigt und mündet stromabwärts der Drosselstelle 8 wieder in die Hauptleitung 2. Sie dient zur Aufnahme des Durchflussbegrenzungselements 6 und hat eine als Drosselstelle wirkende Querschnittverengung 10.
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Das Durchflussbegrenzungselement 6 ist stromabwärts der Querschnittsverengung 10 innerhalb der Nebenleitung positioniert. Es weist einen Ventilkörper 12 zum Auf- und Zusteuern der Nebenleitung 4 und somit zur Einstellung eines Öffnungsquerschnitts auf. Zudem hat es ein Betätigungselement 14 zum Verfahren des Ventilkörpers 12. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 14 vollständig in den Ventilkörper 12 integriert. Es ist ein Bimetallverbund aus zwei metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der unmittelbar den Ventilkörper 12 bildet. Zur Vermeidung einer materialabhängigen Korrosion kann der Ventilkörper 12 mit einer dünnen elastischen Isolierung versehen sein.
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Der Ventilkörper 12 hat eine dem Nebenleitungsquerschnitt entsprechende Form. Er ist mit einem Fußabschnitt 16 an einem Innenwandungsabschnitt der Nebenleitung 4 angebunden und mit einem Kopfabschnitt 18 in Anlage mit einem als Ventilsitz wirkenden gegenüberliegenden Innenwandungsabschnitt 20 der Nebenleitung 4 bringbar.
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In einer in 1 gezeigten Öffnungsstellung liegt er vorzugsweise flächig an dem fußseitigen Innenwandungsabschnitt der Nebenleitung 4 an. Die Nebenleitung 4 ist maximal aufgesteuert und die dem Heizkörper zugeführte Wassermenge ist maximiert, da das Zulaufwasser nicht nur über die hauptleitungsseitige Drosselstellen 8, sondern auch über die nun den maximalen Öffnungsquerschnitt der Nebenleitung 4 definierende Drosselstelle 10 zuströmt.
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In einer in 2 gezeigten Schließstellung liegt der Ventilkörper 12 mit seinem Kopfabschnitt 18 auf dem Ventilsitz 20 auf und steuert somit die Nebenleitung 4 zu. Die dem Heizkörper zugeführte Wassermenge strömt nun ausschließlich über die Drosselstelle 8 der Hauptleitung 2 zu, wodurch die Wassermenge minimiert ist. In seinen Zwischenstellungen ist der Ventilkörper 12 mit seinem Kopfabschnitt 18 von dem Ventilsitz 20 und von dem fußseitigen Innenwandungsabschnitt beabstandet und steuert somit die Nebenleitung 4 teilweise auf- bzw. zu.
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In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit 1 dargestellt. Im Wesentlichen Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 hat diese Durchflussbegrenzungseinheit 1 ein Durchflussbegrenzungselement 6 mit einem Gehäuse 22, mit einem Ventilkörper 12 und mit einem als einzelnes Bauteil ausgebildeten Betätigungselement 14.
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Das Gehäuse 22 dient zur Aufnahme des Betätigungselements 14 und insbesondere zur Anbindung des Durchflussbegrenzungselementes 6 an zumindest eine der Leitungen 2, 4. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es mit einem Umfangsabschnitt an einem Außenwandungsabschnitt 24 der Hauptleitung 2 angebunden, bspw. angelötet. Zur schnellen und genauen Übertragung der Zulauftemperatur des Zulaufwassers in der Hauptleitung 2 in das Betätigungselement 14, d.h. zur Bildung einer guten Wärmebrücke, bestehen das Gehäuse 22 sowie die Hauptleitung 2 jeweils zumindest im Anbindungsbereich aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer. Alternativ kann die Hauptleitung 2 eine Öffnung besitzen, welche durch das Gehäuse 22 verschlossen wird, sodass das Gehäuse 22 direkt mit dem zufließenden Wasser in Kontakt tritt.
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Das Betätigungselement 14 ist als ein Formgedächtniskörper aus einer Formgedächtnislegierung wie einer Nickel-Titanlegierung (Nitinol) hergestellt und als eine Spiralfeder ausgebildet. Es ist in einem von einem Gehäusedeckel 26 und einem verschiebbar in dem Gehäuse 22 gelagerten Kolben 28 begrenzten Arbeitsraum 30 angeordnet, wobei es sich an dem Gehäusedeckel 26 abstützt und mit seinem freien Endabschnitt an dem Kolben 28 angreift.
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Der Ventilkörper 12 ist als eine Kolbenstange ausgebildet, die den Gehäusedeckel 26 durchsetzt und in die Nebenleitung 4 geführt ist. Er greift mit seinem Fußabschnitt 16 an dem Kolben 28 an und ist mit seinem Kopfabschnitt 18 in Anlage mit einem als Ventilsitz 20 wirkenden Innenumfangswandungsabschnitt der Nebenleitung 4 bringbar.
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In den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit gezeigt. Im einzigen Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 hat diese Durchflussbegrenzungseinheit 1 ein Durchflussbegrenzungselement 6 mit einem aus einem Dehnstoff hergestellten Betätigungselement 14. Der Arbeitsraum 30 ist mit dem Dehnstoff vollständig befüllt, der bspw. aus Öl, Wasser oder einem Hartparaffin besteht. Es stützt sich am Gehäusedeckel 26 ab und greift am Kolben 28 an, wobei es an einer den Arbeitsraum 30 in radialer Richtung begrenzenden Gehäusewandung 32 anliegt und von dem Ventilkörper 12 durchsetzt wird.
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In einer jeweils in den 3 und 5 gezeigten Öffnungsstellung ist das Betätigungselement 14 gedehnt und der Ventilkörper 12 ist nahezu vollständig in das Gehäuse 22 eingefahren. Die Nebenleitung 4 ist maximal aufgesteuert und die dem Heizkörper zugeführte Wassermenge wird maximiert, da das Zulaufwasser nicht nur über die hauptleitungsseitige Drosselstellen 8, sondern auch über die nun den maximalen Öffnungsquerschnitt der Nebenleitung 4 definierende Drosselstelle 10 zuströmt.
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In einer jeweils in den 4 und 6 gezeigten Schließstellung ist das Betätigungselement 14 zusammengezogen und der Ventilkörper 12 ist ausgefahren. Der Ventilkörper 12 liegt stirnseitig mit seinem Kopfabschnitt 18 auf dem Ventilsitz 20 auf, so dass die Nebenleitung 4 zugesteuert ist. Die dem Heizkörper zugeführte Wassermenge strömt nun ausschließlich über die Drosselstelle 8 der Hauptleitung 2 zu, wodurch die Wassermenge minimiert ist. In seinen Zwischenstellungen ist der Ventilkörper 12 teilweise in das Gehäuse 22 eingefahren und von dem Ventilsitz 20 beabstandet, so dass die Nebenleitung 4 teilweise auf- bzw. zugesteuert ist.
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In den 7 und 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit 1 dargestellt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist diese Durchflussbegrenzungseinheit 1 keine Nebenleitung, sondern lediglich eine entsprechend querschnittserweiterte Hauptleitung 2 mit einer Querschnittsverjüngung 8 auf, in der ein Durchflussbegrenzungselement 6 mit einem Bimetallverbund als Ventilkörper 12 mit einem integrierten Betätigungselement 14 angeordnet ist.
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Der Ventilkörper 12 ist mit seinem Fußabschnitt 16 an einem Innenwandungsabschnitt der Querschnittsverjüngung 8 angebunden. Sein freier Kopfabschnitt 18 ist gegenüber einem als Ventilsitz 20 wirkenden Innenumfangsabschnitt der Querschnittsverjüngung 8 positioniert.
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In einer in 7 gezeigten Öffnungsstellung liegt der Ventilkörper 12 vorzugsweise flächig an dem fußseitigen Innenwandungsabschnitt der Hauptleitung 2 an, so dass sich der Kopfabschnitt 18 in einem maximalen Abstand von dem Ventilsitz 20 befindet und die Hauptleitung 2 maximal aufgesteuert ist bzw. einen maximalen Öffnungsquerschnitt aufweist.
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In einer in 8 gezeigten Schließstellung befindet sich der Ventilkörper 12 mit seinem Kopfabschnitt 18 in einem minimalen Abstand von dem Ventilsitz 20 und steuert somit die Hauptleitung 2 minimal auf bzw. maximal zu, wodurch die Hauptleitung 2 einen minimalen Öffnungsquerschnitt aufweist. In seinen Zwischenstellungen ist der Ventilkörper 12 mit seinem Kopfabschnitt 18 in einem Bereich zwischen dem maximalen Abstand und dem minimalen Abstand von dem Ventilsitz 20 angeordnet.
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In den 9 und 10 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit 1 dargestellt. Im wesentlichen Unterschied zu dem in den 7 und 8 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel weist diese Durchflussbegrenzungseinheit 1 ein Durchflussbegrenzungselement 6 nach den 3 und 4 mit einem als Formgedächtniskörper ausgebildeten Betätigungselement 14 auf. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 umgreift das Betätigungselement 12 jedoch nicht den Ventilkörper 1, sondern dieser ist an einer zum Betätigungselement 12 entgegengesetzten Kolbenfläche angebunden.
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Das Durchflussbegrenzungselement 6 ist mit seinem Gehäuse 22 stromaufwärts der Querschnittsverjüngung 8 in der Hauptleitung 2 positioniert. Das als Feder aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildete Betätigungselement 14 ist in einem von einem Gehäuseboden 34 und einem verschiebbaren Kolben 28 begrenzten Arbeitsraum 30 angeordnet. Es stützt sich am Gehäuseboden 34 ab und greift am verschiebbaren Kolben 28 an. Der als Kolbenstange ausgebildete Ventilkörper 12 ist mit seinem Fußabschnitt 16 an dem Kolben 28 angebunden und mit seinem Kopfabschnitt 18 stromabwärts der Querschnittsverjüngung 8 angeordnet. Hierzu durchsetzt er den Gehäusedeckel 26 und ist entlang der Querschnittsverjüngung 8 geführt. Der Kopfabschnitt 18 ist tellerartig erweitert und hat eine Konusfläche 36, die mit einem als den Ventilsitz 20 ausgebildeten konisch erweiterten Innenumfangsabschnitt den Öffnungsquerschnitt der Hauptleitung 2 definiert.
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In den 11 und 12 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit 1 gezeigt. Im einzigen Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 9 und 10 weist dieses Durchflussbegrenzungselement 1 ein aus einem Dehnstoff gemäß den 5 und 6 bestehendes Betätigungselement 14 auf.
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Der Arbeitsraum 30 ist mit dem Dehnstoff vollständig befüllt, der bspw. aus Öl, Wasser oder einem Hartparaffin besteht. Der Dehnstoff bzw. das Betätigungselement 14 stützt sich am Gehäuseboden 34 ab und greift am Kolben 28 an, wobei es an einer den Arbeitsraum 30 in radialer Richtung begrenzenden Gehäusewandung 32 anliegt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 5 und 6 wird das Betätigungselement 14 jedoch nicht von dem Ventilkörper 12 durchsetzt, da dieser an einer zum Betätigungselement 14 entgegengesetzten Kolbenfläche angebunden ist.
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In einer jeweils in den 9 und 11 gezeigten Öffnungsstellung ist das Betätigungselement 14 gedehnt und der Ventilkörper 12 ist nahezu vollständig aus dem Gehäuse 22 ausgefahren. Der Ventilkörper 12 befindet sich mit seinem tellerförmigen Kopfabschnitt 18 in einem maximalen Abstand von dem Ventilsitz 20, so dass die Hauptleitung 2 maximal aufgesteuert ist bzw. einen maximalen Öffnungsquerschnitt aufweist.
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In einer jeweils in den 10 und 12 gezeigten Schließstellung ist das Betätigungselement 14 zusammengezogen und der Ventilkörper 12 ist eingefahren. Die Konusfläche 36 des Kopfabschnitts 18 befindet sich in einem minimalen Abstand zum Ventilsitz 20, so dass die Hauptleitung 2 minimal aufgesteuert bzw. maximal zugesteuert, wodurch die Hauptleitung 2 einen minimalen Öffnungsquerschnitt aufweist. In seinen Zwischenstellungen ist der Ventilkörper 12 teilweise in das Gehäuse 22 eingefahren und von dem Ventilsitz 20 beabstandet, so dass der Öffnungsquerschnitt teilweise aufgesteuert ist.
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Das Betätigungselement 14 wird entweder durch die Zulauftemperatur in der Hauptleitung 2 oder wie im ersten Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 gezeigt in der Nebenleitung 4 aktiviert. Das Betätigungselement 14 ist wärmempfindlich und erfährt bei einer Temperaturänderung eine reversible Formänderung. Die Formänderung erfolgt stufenlos entsprechend der jeweiligen Temperaturänderung, so dass quasi eine unbegrenzte Anzahl von Zwischenstellungen und Öffnungsquerschnitten möglich sind. Das Betätigungselement 14 wirkt dabei bei sämtlichen Ausführungsbeispielen derart mit dem Ventilkörper 12 zusammen, dass bei hohen Zulauftemperaturen wie im Sommer der Öffnungsquerschnitt maximiert wird und bei tiefen Zulauftemperaturen wie im Winter der Öffnungsquerschnitt minimiert wird.
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Die Einstellung des Öffnungsquerschnitts wird bei den Ausführungsbeispielen nach den 1, 2, 7 und 8 (Bimetallverbund) dadurch erreicht, dass der Ventilkörper 12 bei einer hohen Zulauftemperaturen eine gestreckte Form aufweist und bei tiefen Zulauftemperaturen in eine gebogene Form übergeht, bis er auf dem Ventilsitz 20 aufliegt (2) bzw. minimal von diesem beabstandet ist (8).
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den 3, 4, 9 und 10 (Formgedächtniskörper) sowie bei den Ausführungsbeispielen nach den 5, 6, 11 und 12 (Dehnstoff) wird dies dadurch erreicht, dass sich bei hohen Zulauftemperaturen das Betätigungselement 14 entlang einer Verschiebeachse des Ventilkörpers 12 längt bzw. ausdehnt und bei tiefen Zulauftemperaturen verkürzt bzw. zusammenzieht.
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Ein mit der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungseinheit 1 ausgerüsteter Durchlauferhitzer stellt in Abhängigkeit von der Zulauftemperatur und somit automatisch und stromlos vom Sommerbetrieb auf den Winterbetrieb und umgekehrt um, so dass das Durchflussbegrenzungselement 6 basierend auf der aktuellen Zulauftemperatur nur eine derartige maximale Wassermenge durchlässt, dass eine eingestellte Solltemperatur erreicht wird bzw. erhalten bleibt.
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Offenbart sind eine Durchflussbegrenzungselement zur Regelung einer Durchflussmenge durch einen Heizkörper eines wasserführenden Gerätes, mit einem Ventilkörper zur Einstellung eines Öffnungsquerschnitts einer Geräteleitung, wobei ein zulaufseitiges wärmeempfindliches Betätigungselement zur Veränderung einer Stellung des Ventilkörpers in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur vorgesehen ist, eine Durchflussbegrenzungseinheit, die einen Leitungsabschnitt zur Aufnahme des Durchflussbegrenzungselementes aufweist, ein Verfahren zur Einstellung eines Öffnungsquerschnittes einer Geräteleitung eines wasserführenden Gerätes, wobei ein Öffnungsquerschnitt einer Geräteleitung eines wasserführenden Gerätes in Abhängigkeit von einer Zulauftemperatur eines in einen Heizkörper eintretenden zu erwärmenden Wassers eingestellt wird, ein Heizkörper mit einer derartigen Durchflussbegrenzungseinheit sowie einen Durchlauferhitzer mit einem derartigen Heizkörper.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Durchflussbegrenzungseinheit
- 2
- Hauptleitung
- 4
- Nebenleitung
- 6
- Durchflussbegrenzungselement
- 8
- Querschnittsverjüngung
- 10
- Querschnittsverengung
- 12
- Ventilkörper
- 14
- Betätigungselement
- 16
- Fußabschnitt
- 18
- Kopfabschnitt
- 20
- Ventilsitz Innenwandungsabschnitt
- 22
- Gehäuse
- 24
- Außenwandungsabschnitt
- 26
- Gehäusedeckel
- 28
- Kolben
- 30
- Arbeitsraum
- 32
- Gehäusewandung
- 34
- Gehäuseboden
- 36
- Konusfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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