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Die Erfindung betrifft ein Ventil
zur Schaltung mindestens zweier unterschiedlicher Schaltstellungen
für bestimmte
Varianten der Ventildurchströmung,
umfassend ein Ventilgehäuse,
das wenigstens einen Zulaufanschluss und wenigstens einen Ablaufanschluss
aufweist, einem in dem Ventilgehäuse
vorgesehenen Schaltelement zur Einstellung der Durchströmungsvariante
sowie eine Antriebseinrichtung, über
welche die Stellbewegung des um eine Drehachse beweglich in dem
Ventilgehäuse
gelagerten Schaltelements automatisiert durchführbar ist.
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Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für ein Ventil der
genannten Art sind Heizungsanlagen, Kühlanlagen oder Anlagen zur
Warmaufbereitung von Brauchwasser. Anwendungsbeispiele für eine Verwendung
in einem Heizsystem wären
ein Bypass, mit dem Warmwasser wahlweise einer Fußbodenheizung
oder einem Pufferspeicher zugeführt
wird. Ein anderes Beispiel ist ein Solarheizsystem, bei dem das
Heizmedium wahlweise einem Pufferspeichersystem oder zur Erwärmung eines
Brauchwasserspeichers zugeführt
wird. Ebenfalls möglich
ist eine Umschaltung zwischen einem Brauchwasserspeicher und einem
Schwimmbecken nach Bedarf. In konventionellen Heizungssystemen kann
mit einem derartigen Ventil beispielsweise von einem Gasbrenner
erwärmtes
Heizungswasser wahlweise einem Heizungskreislauf mit Konvektoren
zugeführt
werden oder wahlweise zur Aufheizung eines Brauchwasserspeichers
ver wendet werden.
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Bei den vorgenannten Beispielen handelt
es sich um Ventile mit drei Leitungsanschlüssen und zwei Schaltstellungen.
Mit dem in dem Ventil vorgesehenen Schaltelement ist eine Fluidströmung wahlweise
einem von zwei Strömungskreisläufen zuleitbar.
Das Ventil hat zwei Durchströmungsvarianten eine
erste Durchströmungsvariante
leitet die Strömung
von dem Zulaufanschluss des Ventils zu einem ersten Ablaufanschluss.
Die zweite Durchströmungsvariante
leitet die Strömung
von dem Zulaufanschluss zu einem zweiten Ablaufanschluss. Ein derartiges
Ventil wird als 3/2-Wegeventil bezeichnet, womit die Anzahl der
Anschlüsse/Schaltstellungen des
Wegeventils bezeichnet sind.
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Ein Ventil der genannten Art ist
ein sogenanntes Kugelventil mit L-förmigem Strömungskanal in einem kugelförmigen Schaltelement.
Das Schaltelement muss eine rotatorische Stellbewegung ausführen, um
von einer Schaltstellung in die andere zu verschwenken. Ein Schenkel
des L-förmigen
Strömungskanals
liegt axial. Den anderen Schenkel des Strömungskanals bildet ein Querströmungskanal, der
in Bezug auf die Rotationsachse des Schaltelements radial angeordnet
ist. Diese Ventilkonstruktion hat den Nachteil sehr langer Umschaltzeiten.
Bei einem 3/2-Wegeventil
mit Ablaufanschlüssen,
die sich um 180° versetzt
gegenüberliegen,
sind bauartbedingt Umschaltzeiten von 60 Sekunden üblich, um den
L-förmigem
Strömungskanal
um 180° zu
verschwenken. Der Maßnahme,
die Umschaltzeit zu verkürzen,
in dem die Geschwindigkeit der Stellbewegung erhöht wird, steht erhöhter Verschleiß entgegen.
Ventile dieser Bauart kommen daher wenig zum Einsatz.
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Eine andere Konstruktion eines 3/2-Wegeventils,
dass jedoch nicht als gattungsgemäß gelten kann, weist als Schaltelement
einen Hubkolben auf. Die geradlinige Stellbewegung wird über eine
mit dem Hubkolben zusammenwirkende Gewindespindel angetrieben. Der
Hubkolben weist einen Durchtrittskanal auf. In ei ner der beiden
Schaltstellungen des Ventils verschließt der Hubkolben einen der
Ablaufanschlüsse.
In der anderen Schaltstellung ist der Durchtrittskanal im Hubkolbens
erforderlich, um die Strömung
durch den Hubkolben zu leiten.
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Die Strömungsverhältnisse in dem sogenannten
Hubkolbenventil sind ungünstig.
Weil die Stellbewegung des Hubkolbens über eine Gewindespindel betätigt wird,
ist der Kolben mit einem Muttergewinde für die Gewindespindel versehen.
Dieses Muttergewinde ist an einem Steg im Hubkolben angebracht,
der in den Durchtrittskanal des Hubkolbens hineinragt. Die Strömung im
Durchtrittskanal wird durch diese Bauweise behindert. Außerdem muss die
Dichtheit des Hubkolbenventils bemängelt werden. Problematisch
ist dabei der Grad der Dichtheit zwischen der zylindrischen Hubkolbenfläche und
der Bohrung des Ventilgehäuses. Üblicherweise
sind sowohl Hubkolben als auch Ventilgehäuse aus Metall gefertigt. Systembedingt
ist bei einem Hubkolbenventil stets eine Leckage zwischen Hubkolben
und Bohrung vorhanden. Das heißt,
dass bei einer Durchströmung
von dem Zulaufanschluss zu dem ersten Ablaufanschluss immer eine
Leckage in Richtung des zweiten Ablaufanschlusses des 3/2-Wegeventils auftritt.
Auf diese Weise wird Energie verschwendet.
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Da Ventile der oben beschriebene
Art bevorzugt in Heizkreisläufen
angewendet werden, sind die Schaltelemente stets einer Verschmutzung
durch Korrosionspartikel aus dem Leitungssystem ausgesetzt. Die
permanente Sauerstoffaufnahme jedes Heizkreislaufs verhindert einen
Stillstand der Korrosion, so dass sich immer neue Verschmutzungspartikel anreichern.
Die Verschmutzungspartikel sind wegen der Leckage durch den Dichtspalt
zwischen Hubkolben und Bohrung besonders kritisch. Sie werden in den
Dichtspalt hinein gespült
und verursachen dort sowohl Verschleiß als auch Betriebsstörungen durch Festklemmen
und Festfressen des Hubkolbens in der Bohrung des Ventilgehäuses.
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Ein Vorteil des Hubkolbenventils
liegt in der kurzen Umschalt zeit, die zur Umschaltung zwischen zwei
Durchströmungsvarianten
gebraucht wird. Hubkolbenventile finden daher breitere Anwendung
als die trägen
Kugelventile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Ventil zu schaffen, welches dicht ist, wenig anfällig für Betriebsstörungen aufgrund
von Verschmutzungspartikeln im Strömungsmedium und eine rasche
Umschaltbarkeit gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
das Schaltelement einen Axialströmungskanal
aufweist, von dem wenigstens zwei Querströmungskanäle etwa radial abgezweigt sind.
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Beispielsweise für ein Ventil zur Umstellung der
Durchströmungsrichtung
sind kurze Umschaltzeiten erwünscht.
Weil über
den Umfang des Schaltelements mehrere Querströmungskanäle vorhanden sind, verkürzt sich
die Stellbewegung auf einen Stellweg von kleiner als 180°.
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Eine Ausführungsform des Ventils sieht
wenigstens zwei Ablaufanschlüsse
vor, wobei zur Einstellung einer der Durchströmungsvarianten wahlweise einer
der Querströmungskanäle mit einem
der Ablaufanschlüsse
verbindbar ist. Der/die anderen Querströmungskanäle sind gesperrt.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
des Ventils sieht drei Querströmungskanäle vor, die
120° versetzt
zueinander angeordnet sind. Mit dieser besonderen Anordnung der
Querströmungskanäle kann
die Umschaltgeschwindigkeit des Ventils gegenüber der Umschaltgeschwindigkeit
eines konventionellen Kugelventils etwa verdreifacht werden. Mit
anderen Worten: Die Umschaltzeit reduziert sich auf etwa ein Drittel.
Diese Konstruktion löst
das Problem einer raschen Umschaltung deswegen besonders elegant
und auf eine für
die bewegten Ventilbauteile und Dichtungen schonende Weise, weil trotz
verkürzter
Umschaltzeit keine höhere
Rotationsgeschwindigkeit des Schaltelements benö tigt wird. Die Konstruktion
setzt voraus, dass zwei Ablaufanschlüsse A und B des Ventilgehäuses sich
gegenüberliegend
angeordnet sind, mit anderen Worten, um 180° versetzt liegen. Außerdem muss
das Schaltelement drei um 120° versetzte
Querströmungskanäle aufweisen.
Die Funktion ist dann folgendermaßen: Ein erster Querströmungskanal
des Schaltelements ist beispielsweise dem Ablaufanschluss A zugeschaltet.
Die beiden übrigen
Querströmungskanäle sind
in dieser Betriebsstellung gesperrt und befinden sich mittig neben
dem zweiten Ablaufanschluss B. Jeder der gesperrten Querströmungskanäle liegt um
60° versetzt
zum Ablaufanschluss B in Sperrstellung. Um den Ablaufanschluss B
zu schalten und A zu sperren, muss dann nur eine Drehbewegung des Schaltelements
um 60° in
die eine oder andere Drehrichtung initiiert werden, damit einer
der beiden gesperrten Querströmungskanäle mit Ablaufanschluss B überdeckt
wird. Die Drehrichtung ist egal. Nach der Umschaltung auf Ablaufanschluss
B liegen zwei Querströmungskanäle um ± 60° mittig neben
dem Ablaufanschluss A. Weil stets zwei Querströmungskanäle gesperrt neben einem der
Ablaufanschlüsse liegen,
muss zur Umschaltung von einem auf den anderen Ablaufanschluss immer
nur eine kurze Stellbewegung um 60° ausgeführt werden, was bei gleicher Geschwindigkeit
der Stellbewegung eines konventionellen Kugelventils eine auf ein
Drittel verkürzte
Umschaltzeit bewirkt. Selbst die Umschaltzeit eines Hubkolbenventils
wird mit dieser Konstruktion unterschritten.
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Eine andere Ausführungsform des Ventils weist
Querströmungskanäle mit unterschiedlichen Querschnitten
auf. Diese Ausführungsform
kann als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein. Das Ventil weist einen
Zulaufanschluss und nur einen einzigen Ablaufanschluss auf. Unterschiedliche
Durchströmungsvarianten
des Ventils werden dadurch erreicht, dass der Ablaufanschluss wahlweise
mit unterschiedlichen Querströmungskanälen beschaltet
wird. Die Querströmungskanäle wirken
als unterschiedliche Drossel. Auf diese Weise schaltet das Ventil
unterschiedliche Volumenströme.
Ein Schaltelement kann eine Vielzahl von Querströmungs kanälen aufweisen, deren Querschnitte
abgestuft sind. Beispielsweise können
die Querschnitte der Querströmungskanäle in Form
einer quadratischen Reihe abgestuft sein, etc.
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Selbstverständlich können Querströmungskanäle verschiedenen
Querschnitts auch zusammen mit einem Ventilgehäuse Anwendung finden, das mehr
als einen Ablaufanschluss aufweist.
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Einfacherweise weist die Antriebseinrichtung einen
Elektromotor auf. Der Elektromotor kann mit einem Getriebe versehen
sein.
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Um die Handhabung des Ventils zu
vereinfachen, ist es nützlich,
wenn ein Schnellkupplungssystem vorgesehen ist über welches die Antriebseinrichtung
abnehmbar mit dem Ventilgehäuse
verbindbar ist.
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Zweckmäßig ist für die Antriebseinrichtung eine
Steuerschaltung vorgesehen. Mit der Steuerschaltung sind exakte
Stellbewegungen ausführbar, um
jeweils bestimmte Querströmungskanäle mit den entsprechenden
Ablaufanschlüssen
des Ventilgehäuses
in Überdeckung
zu bringen.
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Um die Betriebssicherheit zu verbessern sollte
eine Antiblockiereinrichtung vorgesehen sein, mit welcher der Antrieb
des Schaltelements dann umschaltbar ist, wenn im Betrieb ein festgelegtes
Drehmoment auftritt. Dies, insbesondere bei der Anwendung für Strömungsmedien
mit Verschmutzungspartikeln. Wird das vorbestimmte Drehmoment erreicht, unterbindet
die Antiblockiereinrichtung eine weitere Drehmomenteinbringung in
das Schaltelement. Dieser Betriebszustand kann dann eintreten, wenn
beispielsweise Verschmutzungspartikel ein Festsitzen des Schaltelements
in dem Ventilgehäuse
verursachen. Um Schäden
an dem Ventilgehäuse
sowie dem Schaltelement zu vermeiden, unterbindet die Antiblockiereinrichtung
eine Fortsetzung der Stellbewegung.
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Die Antiblockiereinrichtung kann
eine Kupplung aufweisen, die ab einem bestimmten festgelegten Drehmoment
die Kraftübertragung
unterbindet. Bei dieser Ausführung
kann zusätzlich
ein Endschalter ergänzt
werden, der in diesem Betriebszustand gegebenenfalls einen Elektromotor
abschaltet.
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Eine zweite Alternative einer Antiblockiereinrichtung
weist eine Steuerschaltung auf, mit der bei Erreichen des festgelegten
Drehmoments die Antriebseinrichtung für das Schaltelement richtungsumschaltbar
ist. Diese Maßnahme
bewirkt, dass festsitzende Verschmutzungspartikel durch entgegengesetzte
Drehung des Schaltelements gelöst
werden und sich das Schaltelement dadurch freiläuft. Die benötigte Schaltstellung
des Ventils wird dann durch Drehung in entgegengesetzter Richtung
eingestellt.
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Selbstverständlich kann die Steuerschaltung der
Antiblockiereinrichtung auch so ausgeführt sein, dass sie eine kurze
Lockerungsbewegung für
das Schaltelement bewirkt und anschließend in der ursprünglichen
Drehrichtung die gewünschte
Schaltstellung erreicht. Einfacherweise ist mit der Steuerschaltung
der Antiblockiereinrichtung das Erreichen des festgelegten Drehmoments
indirekt ermittelbar, nämlich über elektrische
Parameter der Antriebseinrichtung. Wenn die Antriebseinrichtung
andere Motoren als Elektromotoren aufweist, können Kräfte oder andere geeignete Größen der
Antriebseinrichtung messtechnisch erfasst werden und ein draus abgeleitetes
Signal an die Steuerschaltung der Antiblockiereinrichtung übermittelt
werden, das in kausaler Abhängigkeit
des Drehmoments steht. Die Antiblockiereinrichtung stoppt dann den
Antrieb oder bewirkt eine Richtungsumkehr.
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Ein weiterer Nutzen wird darin gesehen, wenn
in dem Ventilgehäuse
eine Spindel gelagert ist, und wenn das Schaltelement eine Drehmomentaufnahme
aufweist, in welche die Spindel formschlüssig eingreift. Die Spindel
und das Schaltelement können so
gestaltet sein, dass das Schaltelement durch die formschlüssige Verbindung
mit der Spindel in seiner axialen Ausrichtung gehalten ist.
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Zur drehfesten Verbindung mit der
Antriebseinrichtung weist die Spindel an einem frei aus dem Ventilgehäuse ragenden
Ende ein Anschlusselement auf. Das Anschlusselement ist beispielsweise
mit einer Motorwelle eines Antriebsmotors drehfest verbunden. Vorzugsweise
wirkt auch dieses Anschlusselement formschlüssig, mit der Antriebseinrichtung.
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Einfacherweise ist das Schaltelement
als Kugelkörper
ausgebildet. Ein Kugelkörper
gewährleistet zusammen
mit einer sich an den Kugelkörper
anschmiegenden Dichtung eine nahezu absolute Dichtheit des Schaltelements
gegenüber
dem Ventilgehäuse,
so dass bei einem 3/2-Wegeventil keine Leckage von einer Durchströmungsstellung
in die andere Durchströmungsstellung
des Ventils auftritt.
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Nachfolgend ist die Erfindung beispielhaft
in einer Zeichnung dargestellt und anhand der Figuren detailliert
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
3/2-Wegeventil im Schnitt,
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2 eine
Draufsicht im Schnitt auf das 3/2-Wegeventil gemäß 1
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3 ein
2/2-Wegeventil im Schnitt,
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4 ein
2/2-Wegeventil im Schnitt gemäß 3,
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5 ein
3/2-Wegeventil mit Antriebseinrichtung
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Für
gleiche Merkmale sind nachfolgend in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, um das Verständnis zu
erleichtern.
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In 1 ist
ein 3/2-Wegeventil 1 im Schnitt dargestellt. Der Einfachheit halber
wird auf die Darstellung der Antriebseinrichtung verzichtet. Das
Ventil 1 weist ein zweiteiliges Ventilgehäuse 2 auf,
das aus einem Grundkörper 3 und
einem Gehäuseflansch 4 besteht.
Der Grundkörper 3 weist
einen Zulaufanschluss AB und einen ersten Ablaufanschluss B auf.
In dem Grundkörper 3 des
Ventilgehäuses 2 ist der
Gehäuseflansch 4 eingeschraubt,
der einen zweiten Ablaufanschluss A aufweist. In dem Ventilgehäuse 2 ist
ein Schaltelement 5 eingesetzt, das durch die zweiteilige
Konstruktion des Ventilgehäuses 2 durch
eine Einschrauböffnung
für den
Gehäuseflansch 4 einsetzbar
ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Schaltelement 5 als Kugelkörper ausgebildet. Der Kugelkörper gewährleistet
zusammen mit Dichtungen, die an die Kugelform anschmiegt sind, eine
nahezu absolute Dichtheit des Schaltelements 5 gegenüber dem
Ventilgehäuse 2, so
dass bei einem 3/2-Wegeventil keine Leckage von der Durchströmungsstellung
AB-A des Ventils zur anderen Durchströmungsstellung AB-B auftritt.
Die Dichtungen erfüllen
außerdem
die Funktion von Lagern für
das Schaltelement 5. Direkt an der Oberfläche des
Kugelkörpers
liegen Teflondichtungen 6 und 7 an. Diese weisen
Dichtflächen
auf, die sich an die Kugelform des Schaltelements 5 anschmiegen.
Jeder Teflondichtung 6 bzw. 7 nachgeschaltet ist
eine O-Ringdichtung 8 bzw. 9. Die O-Ringdichtung 8 bzw. 9 wirkt,
wie ein Stützring
für die
Teflondichtung 6 bzw. 7 und bewirkt durch ihre
Elastizität
eine Kraft, welche die Teflondichtung 6 bzw. 7 gegen
die Kugeloberfläche
des Schaltelements 5 drückt.
Je eine Teflondichtung 6 bzw. 7 ist koaxial zur
Bohrungsachse eines Ablaufanschlusses A bzw. B angeordnet und liegt
in einem ringförmigen
Bereich flächig
ohne Unterbrechung an der Kugeloberfläche an.
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In dem Grundkörper 3 des Ventilgehäuses 2 ist
eine Spindel 10 gelagert, die an ihrem dem Schaltelement 5 zugewandten
Ende einen Steg 11 aufweist. Der Steg 11 greift
formschlüssig
in eine dafür vorgesehene
Ausnehmung 12 des Schaltelements 5 ein. An dem
gegenüberliegenden
Ende weist die Spindel 11 Mitnahmeflächen 13 auf, an welchen
eine Antriebseinrichtung (nicht darge stellt) formschlüssig ansetzbar
ist. Das Drehmoment für
eine Stellbewegung wird über
die Antriebseinrichtung eingeleitet. Gemäß 1 sind in dem Schaltelement 5 mehrere Strömungskanäle zu erkennen.
Es handelt sich um einen Axialströmungskanal K der mit dem Zulaufanschluss
AB des Ventilgehäuses
in Verbindung steht sowie um drei radial verlaufende Querströmungskanäle, die
besser in der Draufsicht gemäß 2 erkennbar sind. Gemäß der in 1 und 2 dargestellten Position ist ein Querströmungskanal
X des Schaltelements mit dem Ablaufanschluss A in Überdeckung
gebracht. Ein Durchfluss ist bei dieser Schaltstellung nur zwischen
dem Zulaufanschluss AB und dem Ablaufanschluss A möglich. Ablaufanschluss
B ist gesperrt, weil keiner der beiden übrigen Querströmungskanäle Y und
Z in dieser Schaltstellung eine Verbindung zu dem Ablaufanschluss
B aufweist.
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Für
eine Umschaltung des Ventils von der Schaltstellung AB-A in die
Schaltstellung AB-B ist eine Drehung des Schaltelements 5 um
+60° nötig. Mit
einer Stellbewegung von –60° kann der
Querströmungskanal
Y mit dem Ablaufanschluss B zusammengeschaltet werden und mit einer
Stellbewegung von +60° kann
der Querströmungskanal
Z mit dem Ablaufanschluss B zusammengeschaltet werden. Für die Funktion
des Ventils ist egal, welcher der beiden Querströmungskanäle Y oder Z geschaltet wird, deshalb
ist die Drehrichtung des Schaltelements 5 beliebig. Im
Betrieb sind stets alle Querströmungskanäle X, Y
und Z des Schaltelements 5 mit dem Strömungsmedium gefüllt. Anhand
der 2 ist leicht erkennbar,
dass zwischen Schaltelement 5 und Ventilgehäuse 2 im
Bereich der beiden gesperrten Querströmungskanäle Y und Z Toträume T vorhanden sind,
die sich ebenfalls mit dem Strömungsmedium füllen. Das
Strömungsmedium
tritt somit auch bis an das in das Ventilgehäuse 2 ragende Ende
der Spindel 10 heran, weshalb diese nach in 1 mit Dichtungen 14 in
dem Grundkörper 3 des
Ventilgehäuses 2 sitzt.
Am einfachsten ist anhand der 2 nachvollziehbar,
welche Verkürzung
der Umschaltzeiten sich mit dem neuen Ventil ergeben. Bei einer
symmetrischen Bauweise mit Ablaufanschlüssen A und B, die sich exakt
gegenüber liegen
bewirkt die gleichmäßige Verteilung
einer ungeraden Anzahl von Querströmungskanälen X, Y und Z das ein Querströmungskanal
X mit einem Ablaufanschluss A in Überdeckung ist, wohingegen
die übrigen
Querströmungskanäle Y und
Z gegenüber
dem Ablaufanschluss B gesperrt sind. Letztere liegen sich symmetrisch
gegenüber,
nämlich
um die Achse 15 der Bohrung des Ablaufanschlusses B als
Symmetrieachse.
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Diese Funktionalität wäre gleichermaßen vorhanden
bei jeder ungeraden Anzahl von Querströmungskanälen, wenn diese über den
Umfang in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt
angeordnet sind. Eine Konstruktion mit fünf Querströmungskanälen ist möglich, wobei kleinere Querschnitte
der Querströmungskanäle erforderlich
wären,
da sonst die Wandstärken
zwischen den Querströmungskanälen im Schaltelement 5 zu
gering würden.
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Bei einer geraden Anzahl von Querströmungskanälen können diese
nicht in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt
angeordnet sein. Dies zumindest dann nicht, wenn mehrere zu beschaltende Ablaufanschlüsse A und
B sich gegenüberliegen. Hier
müssen
dann, wenn stets nur ein Querströmungskanal
geschaltet sein soll, entweder die Positionen der Ablaufanschlüsse A und
B versetzt oder ungleichmäßige Winkelabstände der
Querströmungskanäle vorgesehen
werden. Dies verkomplizierte jedoch die automatische Steuerung der
Stellbewegung für
das Schaltelement des Ventils, weil unterschiedliche Stellwege zu
berücksichtigen
wären.
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3 zeigt
ein 2/2-Wegeventil 20 im Schnitt, dessen Ventilgehäuse 2 einen
Zulaufanschluss AB sowie einen einzigen Ablaufanschluss A aufweist.
Mit dem Ventil sind unterschiedliche Durchströmungsvarianten dadurch schaltbar,
dass ein für
eine drehende Stellbewegung vorgesehenes Schaltelement 5 einen Axialströmungskanal
K sowie mehrere damit verbundene Querströmungskanäle aufweist.
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4 ist
eine geschnittene Draufsicht des Ventils nach 3
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Zu erkennen sind in 4 die Querströmungskanäle X, Y und Z, welche unterschiedliche Querschnitte
besitzen. Auf diese Weise ist ein Ventil geschaffen, mit dem unterschiedliche
Volumenströme
einstellbar sind. Da nur ein Ablaufanschluss A vorgesehen ist, muss
für jede
Umschaltung ein Stellweg von 120° zurückgelegt
werden. Der Stellweg ist abhängig
von der Anzahl der Querströmungskanäle X, Y
und Z. Eine Anordnung der Querströmungskanäle X, Y und Z in gleichmäßigen Winkelabständen vereinfacht
die automatische Steuerung des Ventils.
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In 5 ist
das 3/2-Wegeventil gemäß 1 mit angekuppelter Antriebseinrichtung 30 gezeigt.
Eine Antriebseinrichtung für
das 2/2-Wegeventil sieht gleich aus, daher wird auf die Darstellung
des 2/2-Wegeventil mit Antriebseinrichtung verzichtet.
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Die Antriebseinrichtung 30 gemäß 5 ist über eine aus dem Ventilgehäuse 2 ragende
Spindel 10 des Ventils gestülpt. Zur drehfesten Verbindung mit
der Antriebseinrichtung 30 weist die Spindel 10 an
einem frei aus dem Ventilgehäuse 2 ragenden Ende
ein Anschlusselement 31 auf, das formschlüssig mit
der Antriebseinrichtung 30 verbunden ist. Es ist eine Positionierhilfe 32 vorgesehen,
um die Antriebseinrichtung 30 verdrehsicher an dem Ventilgehäuse 2 anzuordnen
sowie ein Sicherungselement 33, um ein Lösen der
Antriebseinrichtung 30 aus dem verdrehfesten Sitz zu verhindern.
Als Positionierhilfe 32 dient ein Vorsprung an der Antriebseinrichtung 30, der
in eine Ausnehmung des Ventilgehäuses 2 greift oder
umgekehrt. Das Sicherungselement 33 besteht aus einem Drahtbügel, der
radial durch einen Anschlusskranz 34 der Antriebseinrichtung 30 gesteckt ist
und formschlüssig
in eine Nut des Ventilgehäuses 2 eingreift.
Das Sicherungselement 33 muss zum Ansetzen und Lösen elastisch
aufgeweitet werden und ist deswegen nur durch Kraftaufwand zu entfernen.
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Die Antriebseinrichtung 30 verfügt über ein Gehäuse 35,
in dem eine Steuerschaltung 36 vorgesehen ist. Mit der
Steuerschaltung sind exakte Stellbewegungen ausführbar, um bestimmte Querströmungskanäle eines
Schaltelements 5 mit entsprechenden Ablaufanschlüssen A,
B des Ventilgehäuses 2 in Überdeckung
zu bringen. Weiterhin ist in dem Gehäuse 35 der Antriebseinrichtung 30 eine
Antiblockiereinrichtung 37 mit einer elektronischen Steuerschaltung
vorgesehen, mit welcher der Antrieb des Schaltelements 5 dann
umschaltbar ist, wenn im Betrieb ein festgelegtes Drehmoment auftritt.
Wird das vorbestimmte Drehmoment erreicht, unterbindet die Antiblockiereinrichtung 37 eine
weitere Drehmomenteinbringung über
die Spindel 10 in das Schaltelement 5 und leitet
eine Richtungsumschaltung der Stellbewegung ein. Die gewünschte Schaltstellung wird
dann in entgegengesetzter Drehrichtung angefahren. Bei einem 3/2-Wegeventil
mit einem Schaltelement 5, das drei um 120° versetzte
Querströmungskanäle X, Y
und Z aufweist, wird bei einem Festsitzen des Schaltelements 5 in
die Ausgangsstellung zurückgedreht
und zusätzlich
in derselben Drehrichtung weitergedreht, bis der andere der beiden
Querströmungskanäle Y und
Z, die um + 60° neben
dem zu schaltenden Ablaufanschluss B positioniert sind, in Überdeckung
mit dem zu schaltenden Ablaufanschluss B zu bringen. Dies bewirkt,
dass beispielsweise festsitzende Verschmutzungspartikel durch entgegengesetzte
Drehung des Schaltelements 5 gelöst werden und sich das Schaltelement freiläuft.
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Weiterhin befindet sich in dem Gehäuse 35 der
Antriebseinrichtung 30 ein Elektromotor E mit Getriebe,
der über
eine elektrische Zuleitung 38 mit Energie versorgt ist.
Bei dem Elektromotor E handelt es sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
um einen über
die Steuerschaltung 36 elektronisch geregelten 4-poligen Synchronmotor
mit beliebiger Drehrichtung.
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- 1
- 3/2-Wegeventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Grundkörper
- 4
- Gehäuseflansch
- 5
- Schaltelement
- 6
- Teflondichtung
- 7
- Teflondichtung
- 8
- O-Ringdichtung
- 9
- O-Ringdichtung
- 10
- Spindel
- 11
- Steg
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Mitnahmeflächen
- 14
- Dichtung
- 15
- Achse
- 20
- 2/2-Wegeventil
- 30
- Antriebseinrichtung
- 31
- Anschlusselement
- 32
- Positionierhilfe
- 33
- Sicherungselement
- 34
- Anschlusskranz
- 35
- Gehäuse
- 36
- Steuerschaltung
- 37
- Antiblockiereinrichtung
- 38
- elektrische
Zuleitung
- A
- Ablaufanschluss
- B
- Ablaufanschluss
- AB
- Zulaufanschluss
- E
- Elektromotor
- K
- Axialströmungskanal
- T
- Totraum
- X
- Querströmungskanal
- Y
- Querströmungskanal
- Z
- Querströmungskanal