DE102021108732A1

DE102021108732A1 - Mischer mit verstellbarem KVS-Wert

Info

Publication number: DE102021108732A1
Application number: DE102021108732.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Söhn; Oliver Opel
Original assignee: Elodrive GmbH
Current assignee: Elodrive GmbH
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dreiwegemischer (1), der eine erste zylindrische Bohrung (7) zur Aufnahme des Mischerkükens (6) und eine zweite zylindrische Bohrung (9) zur Aufnahme eines beweglich gelagerten, von außen betätigbaren Drosselelementes (8) zur Einstellung individueller KVS-Werte umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dreiwegemischer (1), der eine erste zylindrische Bohrung (7) zur Aufnahme des Mischerkükens (6) und eine zweite zylindrische Bohrung (9) zur Aufnahme eines beweglich gelagerten, von außen betätigbaren Drosselelementes (8) zur Einstellung individueller KVS-Werte umfasst. Weiterhin besitzt das Mischerküken eine angepasste Geometrie zur Linearisierung der Regelcharakteristik des Mischers.
Seit mehr als 100 Jahren verwendet man Drei- oder Vierwegemischer, um in Heizungsanlagen die Vorlauftemperatur zu reduzieren, in dem man aus dem Rücklauf kälteres Heizungswasser dem heisseren aus dem Wärmeerzeuger beimischt, um eine gemischte, reduzierte Vorlauftemperatur zu den Wärmeverbrauchern (z.B. Heizkörper, Fußbodenheizung) zu schicken.
Meist sind die Mischer aus Metall oder Metalllegierungen, vorzugsweise aus Messing, sie können jedoch aus Kunststoff oder Verbundwerkstoffen bestehen. Die Mischer weisen ein sogenanntes Mischerküken (Drehschieber) auf, welches im 90°-Winkel zwischen dem Hauptvorlauf (vom Wärmeerzeuger) und der Beimischung (Bypass vom Rücklauf) dreht und somit die Temperatur im gemeinsamen Vorlauf hin zu den Abnehmern regelt.
Dies kann mit Hilfe von Stellmotoren und elektrischen Regelgeräten erfolgen, oder mechanisch per Hand.
In den letzten 100 Jahren hat sich die Wärmeerzeugung, die Wärmeverteilung und die Wärmeabgabe in Heizunssystemen massiv verändert.
Von ehemals Kohle- und Kokskesseln mit, schlecht zu regelnden, sehr hohen Vorlauftemperaturen über Ölkessel, Gaskessel hin zu Brennwertkesseln, Wärmepumpen, Pelletkessel usw., aber auch durch immer bessere Isolation, hat sich eine Entwicklung vollzogen, in deren Verlauf sich der Wärmebedarf von Wohnräumen in den letzten 100 Jahren von ca. 200 Watt/m² auf teilweise unter 20 Watt/m² reduziert und sich die Vorlauftemperaturen von 90°C auf im Durchschnitt 35 bis maximal 55°C reduziert hat.
Die für die Leistungsübertragung relevante Temperaturspreizung Δt sank von teilweise deutlich über 20°C auf teilweise nun unter 10°C. In der Folge dieser Entwicklungen hat sich der für die Mischventile benötigte KVS-Wert massiv verkleinert.
Heizungsmischer werden heutzutage über den Hersteller, Fachgroßhandel, Einzelhandel, Internetshops etc. und OEMs vertrieben. Die Mischer gibt es in den verschiedenen Nennweiten und diese wiederum mit verschiedenen KVS-Werten. Für die Lagerhaltung bedeutet dies, dass eine sehr große Menge an Typen bevorratet werden muss.
Der für die jeweilige Anlage passende KVS-Wert ist unabdingbar für eine möglichst lineare Regelung der Heizungsanlage.
Ist der KVS-Wert zu groß, so kommt es zu einem Überschwingen der Anlage, zu viel zu heißes Heizungswasser strömt zu den Abnehmern; der Mischer muss daher sofort wieder schließen, um die Temperatur wieder abzusenken. Die Temperatur sinkt dann auch sehr schnell wieder ab, es kommt zu einem Auf und Ab. Ein großes Problem stellen hierbei insbesondere fertige Pumpenbaugruppen dar, bei denen meist ein Einheitsmischer verwendet wird, um die Vielfalt an Varianten einzugrenzen. Bei Standard-Pumpenbaugruppen z.B. für den normalen Hausbau bis ca. 30 kW Heizleistung werden Mischer in DN25 und KVS=8 eingesetzt. Bei sicher 90% aller Anwendungen liegt der benötigte KVS-Wert aber deutlich darunter und im Schnitt bei ca. 2. Es muss daher davon ausgegangen werden, daß die meisten Anlagen nicht ordnungsgemäß funktionieren. Abhilfe kann eine nachträglich eingebrachte Blende oder der Austausch des Mischerkükens schaffen, was jedoch eine aufwändige Absperrung und eine Entleerung der Anlage nötig macht.
Auch nachträgliche Erweiterungen der Anlage, Änderungen der Wärmeerzeugung oder -abnahme, haben meist einen negativen Einfluss auf das Mischverhalten. Eventuell muss der KVS-Wert vergrößert oder verkleinert werden, auch dieses durch Eingriff in die Anlage, Austausch des Mischers, Einbau einer Blende, o.ä.
Ein weiteres Problem ist die Regelcharakteristik des Mischerkükens selbst. Bei einer einfachen, geraden Blende erfolgt der Öffnungsprozess nicht linear sondern aufgrund des Lochkreisquerschnitts zunächst progressiv, was die Tendenz zum Überschwingen deutlich verstärkt da die Regelungscharakteristik gerade zu Beginn der Zumischung nicht fein genug ist.
Mischvorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen mindestens eines der genannten Probleme auf. Hinzu kommt ein Regelungsbereich, der im Hinblick auf benötigte KVS-Werte in modernen Anlagen deutlich zu hohe Werte aufweist. Weitere Probleme sind die mechanische und thermische Stabilität der Mischvorrichtungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mischvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, den KVS-Wert des Mischers von außen ohne Eingriff in die Anlage einzustellen und bei Bedarf zu verändern, wobei ein möglichst robustes Regelverhalten und eine gute Bedienbarkeit angestrebt wird. Die Bedienung / Einstellung des KVS-Wertes sollte hierzu sinnvollerweise direkt von Vorne erfolgen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Dreiwegemischer (1) aufweisend ein Mischergehäuse (2) mit einem Hauptvorlaufkanal A (3) und einem Beimischkanal B (4), die beide mantelseitig in eine erste zylindrische Bohrung (7) zur Aufnahme des Mischerkükens (6) münden und mit einer zweiten zylindrischen Bohrung (9) zur Aufnahme eines beweglich gelagerten, von außen betätigbaren Drosselelementes (8) (KVS-Blende) zur Einstellung individueller KVS-Werte und einem gemischten Vorlaufkanal AB (5), der mantelseitig von der zweiten zylindrischen Bohrung (9) abgeht.
Vorzugsweise ist der Dreiwegemischer (1) aus Messing, Kunststoffen oder Metallen (oder im Verbund) gefertigt.
Kennzeichnend für den erfindungsgemäßen Mischer ist, dass er jeweils eine eigene Bohrung (7) zur Aufnahme des Mischerkükens und eine eigene Bohrung (9) zur Aufnahme der KVS-Blende aufweist.
Die KVS-Blende (8) wird in einer bevorzugten Ausführungsform von einer Achse nach vorne geführt (über das Gehäuse (2) mit geeigneten Abdichtungen, wie beispielsweise O-Ringen). Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft gegenüber Lösungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Beispielsweise muß gemäß der Lehre der EP 3 534 075 A1 , die Kraft, um die KVS-Blende zu betätigen, von vorne nach hinten umgelenkt werden, hierbei kann der Hebel leicht brechen.
Die KVS-Blende (8) ist so ausgestaltet, daß diese den gemischten Vorlauf AB (5) einengen, also drosseln kann, sodaß je nach Stellung / Einstellung individuelle KVS-Werte erreicht werden können. Die Einstellung kann in einer vorgegebenen Bandbreite (z.B. KVS 1 ...bis KVS 6) vorgenommen werden und kann jederzeit wieder verändert werden.
Zur vereinfachten Einstellung des KVS-Wertes ist von außen eine Skala auf der Gehäuseabdeckung angebracht, in der Achse der KVS-Blende kann hierfür ein Pfeil angebracht sein, oder eine andere Einstellhilfe angebracht sein.
Der Mischer kann in verschiedensten Nennweiten und in verschiedensten Bandbreiten des einzustellenden KVS-Wertes ausgeführt sein, aus verschiedenen Materialien sein.
Bevorzugtermaßen ist die Blende des Mischerkükens zur Erzielung einer linearisierten bzw. degressiven Regelcharakteristik teilweise sigmoidal bzw. angenähert sigmoidal ausgeführt. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein deutlich robusteres Regelverhalten und zudem eine verbesserte mechanische und thermische Stabilität erreicht.
Erfindungsgemäß weist der Dreiwegemischer eine Aufnahme (Montage) für Motoren mit dem sogenannten Euro-Standard auf. Somit können alle Motorfabrikate mit dieser Befestigungsart (ca. 90% des Marktes) auf dem erfindungsgemäßen Mischer montiert werden. Bei Mischern aus dem Stand der Technik kann hingegen oftmals nur der eigene proprietäre Motor des Mischerherstellers montiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Mischer liegt jeweils eine eigene Bohrung für KVS-Blende und Mischerküken vor, was im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik zu einer wesentlich geringeren Leckrate und/oder zu einem geringeren Losbrechmoment führt.
Beispielsweise ist der in der EP 3 534 075 A1 beschriebene KVS-Teil sehr fragil Da gemäß der Lehre der EP 3 534 075 A1 sowohl die KVS-Blende, als auch das Mischerküken in einer Bohrung laufen, resultieren daraus doppelte Spaltmengen, was entweder zu einer höheren inneren Leckrate führt, oder zu einem wesentlich höheren benötigten Losbrech/Drehmoment.
Zudem ist durch die doppelte Spaltmenge die Gefahr einer Verschmutzung und Blockade des Mischerkükens doppelt so hoch wie bei dem erfindungsgemäßen Mischer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung 1 dargestellt.

1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Dreiwegemischer, wobei die Schnittebene durch die Drehachse des Mischerkükens, bzw. der KVS-Blende verläuft.

Bezugszeichenliste

1.: Mischer
2.: Mischergehäuse
3.: Hauptvorlaufkanal A
4.: Beimischkanal B
5.: gemischter Vorlaufkanal AB
6.: Mischerküken
7.: Bohrung Mischerküken
8.: KVS-Blende
9.: Bohrung KVS-Blende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3534075 A1 [0011, 0016]

Claims

Dreiwegemischer (1), aufweisend ein Mischergehäuse (2) mit einem Hauptvorlaufkanal A (3) und einem Beimischkanal B (4), die beide mantelseitig in eine erste zylindrische Bohrung (7) zur Aufnahme des Mischerkükens (6) münden und mit einer zweiten zylindrischen Bohrung (9) zur Aufnahme eines beweglich gelagerten, von außen betätigbaren Drosselelementes (8) zur Einstellung individueller KVS-Werte und einem gemischten Vorlaufkanal AB (5), der mantelseitig von der zweiten zylindrischen Bohrung (9) abgeht.
Dreiwegemischer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Messing, Kunststoffen oder Metallen oder den genannten Werkstoffen im Verbund besteht.
Dreiwegemischer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende des Mischerkükens zur Erzielung einer linearisierten bzw. degressiven Regelcharakteristik teilweise sigmoidal bzw. angenähert sigmoidal ausgeführt ist.
Dreiwegemischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die KVS-Blende (8) über das Gehäuse (2) mit geeigneten Abdichtungen, insbesondere O-Ringen, von einer Achse nach vorne geführt wird.
Dreiwegemischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von außen betätigbare Drosselelement (8) so ausgestaltet ist, dass die Einstellung des KVS-Wertes durch eine von außen auf der Gehäuseabdeckung angebrachte Skala vereinfacht wird.
Dreiwegemischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur vereinfachten Einstellung des KVS-Wertes in der Achse des Drosselelementes (8) ein Pfeil oder eine andere Einstellhilfe angebracht ist.
Verwendung eines Dreiwegemischers (1) gemäß der Charakterisierung in den Ansprüchen 1 bis 6, zur Regulierung der Vorlauftemperatur in Heizungsanlagen.