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Thermostatisch gesteuerter Heiz-oder Kühlmittel-Durchflußregler Soll
ein Raum unter Verwendung desselben Wärmetauschers während einer gewissen Periode
geheizt und während einer anderen Periode gekühlt werden, dann werden zwecks Umstellung
auf die andere Betriebsweise der Anlage diejenigen Ventile, welche Heiz- oder Kühlmittel
liefern, in der Regel von Hand geöffnet bzw. geschlossen.
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Es sind nun thermostatisch gesteuerte Heiz- oder Kühlmittel-Durchflußregler
bekannt, die beim Übergang auf eine andere Betriebsweise der Anlage ebenfalls auf
eine andere Regelungsart umgestellt werden können. Das kann entweder willkürlich
von Hand oder automatisch mittels eines temperaturempfindlichen Gliedes geschehen.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, derartige Durchflußregler zu verbessern,
und zwar sowohl hinsichtlich der bei ihnen wirksam werdenden Steuerkraft als auch
gleichzeitig in bezug auf eine möglichst einfache und zuverlässige selbsttätige
Umstellung.
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Die Erfindung betrifft somit einen thermostatisch gesteuerten Heiz-
oder Kühlmittel-Durchflußregler mit einer unter Sollwerteinstellung stehenden und
durch Flüssigkeitsausdehnungsfühler die Raumtemperatur erfassenden Membrandose,
die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Raumtemperatur und Sollwert ein Ventil
betätigt, in welchem durch willkürlich oder selbsttätig mittels eines temperaturempfindlichen
Gliedes erfolgende Umstellung das eine von zwei entgegengesetzt arbeitenden Drosselorganen
beim Heizen und das andere beim Kühlen wirksam ist.
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Die Erfindung besteht in der Vereinigung mehrerer Merkmale, deren
Zwecke, Wirkungen und Beziehungen zueinander nachstehend beschrieben und durch die
Zeichnung erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt als erste Ausführungsform einen thermostatisch gesteuerten
Durchflußregler im senkrechten Längsmittelschnitt; Fig.2 bis 5 zeigen verschiedene
Stellungen des Steuerventils; Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Durchflußreglers
im senkrechten Längsmittelschnitt. Der Durchflußregler ist in die Vorlaufleitung
unmittelbar vor einem Wärmetauscher eingebaut. Nach Fig. 1 besteht das Reglergehäuse
aus drei Teilen, nämlich einem Unterteil 1, einem Mittelteil 6 und einem Oberteil
16. Der Gehäuseunterteil t hat einen Einlaufstutzen 2, einen Auslaufstutzen 3 und
einen zylindrischen Anschlußteil4, in dessen Achse das Hauptdurchflußventil5 angeordnet
ist. Auf den zylindrischen Anschlußteil4 ist der Gehäusemittelteil 6 aufgesetzt.
Die Teile 4 und 6 bilden zusammen einen Hohlraum, der durch eine Membran 7 in eine
Unterdruckkammer 8 und eine LUberdruckkammer 9 getrennt ist.
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Der Druckabfall für die beiden Kammern 8 und 9 wird in an sich bekannter
Weise so erzeugt, daß im Gehäuseunterteil l der Durchflußkanal von der Einlauföffnung
bis zum Hauptventil 5 durch ein Venturiroter 10 verjüngt ist, die Überdruckkammer
9 durch einen überdruckkana111 über eine feste Drossel 12 mit dem Einlaufstutzen
2, die Unterdruckkammer 8
durch einen Unterdruckkanal 13 mit
dem hinter dem Hauptventil s verengten Teil des Durchflußkanals verbunden ist. Zur
Steuerung des Druckabfalles ist die überdruckkammer 9 über ein in zwei Richtungen
arbeitendes Tellerventil 14, 21, 22 durch einen Kanal 15 mit der Unterdruckkammer
8 verbunden.
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Auf dem Gehäusemittelteil 6 ist der Gehäuseoberteil 16 aufgesetzt,
der eine Membrandose 17 zur Betätigung des Tellerventils 14, 21, 22 enthält.
Die Membrandose 17 ist durch ein Kapillarrohr 18 mit wenigstens einem Flüssigkeitstemperaturfühler
für die Raumtemperatur verbunden.
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Um zu vermeiden, daß die Auf-Zu-Regelung so langsam erfolgt, daß die
Raumtemperatur merklich schwankt, wird eine raschere Auf-Zu-Regelung zweckmäßig
dadurch erzielt, daß die Membrandose gleichzeitig an zwei Flüssigkeitstemperaturfühlern
angeschlossen ist, von denen der eine die Temperatur der Raumluft am Eingang, der
andere am Ausgang des Wärmetauschers erfaßt.
Die Höhenlage der Membrandose
17 ist zwecks Festlegung des Temperatursollwertes durch eine Schraube 19 einstellbar.
Die Membrandose 17 ist durch eine Schubstange 20 mit den Drosselscheiben 21, 22
des Tellerventils unmittelbar verbunden. Dieses Tellerventil ist in Fig. 1 in der
Stellung für Wärmeregelung dargestellt, d. h., es arbeitet nur der obere Teller
21 mit dem Ventilsitz 14 zusammen, während der untere Teller 22 unwirksam bleibt.
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Der Durchflußregler arbeitet bei Wärmeregelung folgendermaßen: Wenn
das Hauptventil 5 geöffnet ist und zur Heizung warmes Wasser vom Einlaufstutzen
2 zum Auslaufstutzen 3 strömt, so entsteht infolge des Venturirohres 10 im Kanal
11 ein höherer Druck als im Kanal 13. Beim Ansteigen der Raumtemperatur,
die durch den bzw. die Flüssigkeitstemperaturfühler am Kapillarrohr 18 erfaßt wird,
drückt die Membrandose 17 die Schubstange 20 nach unten und schließt das Tellerventil
14, 21. Dadurch entsteht in der oberen Kammer 9 ein überdruck gegenüber der unteren
Kammer 8, so daß die Membran 7 auf das von einer Feder 27 abgestützte Hauptventil
5 drückt und dieses schließt. Sinkt die Raumtemperatur, so öffnet die Membrandose
17 das Tellerventil 14, 21; der Druckunterschied zwischen den Kammern 9 und 8 vermindert
sich, und das Hauptventil 5 öffnet sich wieder. Ist der von der Membrandose 17 gesteuerte
Durchtrittsquerschnitt des Steuerventils 14, 21 größer als der Querschnitt der Drossel
12, so besteht fast kein Druckunterschied zwischen den Kammern 9 und 8, so daß das
Hauptventil 5 durch die Rückstellfeder 27 in offener Stellung gehalten wird. Wird
das Steuerventil 14, 21 so weit geschlossen, daß sein Durchtrittsquerschnitt kleiner
wird als der Querschnitt der Drossel 12, so steigt der Druck in der oberen Kammer
9 und sinkt in der unteren Kammer 8, so daß die Membran 7 das Hauptventil 5 schließt.
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Aus der vorstehend gegebenen Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise
des Durchflußreglers gemäß Fig. 1 geht somit hervor, daß die Erfindung im wesentlichen
gekennzeichnet ist durch die Vereinigung nachstehender Merkmale: a) Das unmittelbar
von der Membrandose betätigte Ventil dient nur zur Steuerung einer hydraulischen
Servokraft, mittels welcher die Auf- und Zu-Regelung des Hauptventils erfolgt; b)
die Servokraft wird durch Druckabfall erzeugt, indem der Durchflußkanal des Heiz-
oder Kühlmittels als Venturirohr ausgebildet und das Reglergehäuse in eine Über-
und eine Unterdruckkammer durch eine Membran unterteilt ist, die gegen das unter
einer Gegenkraft stehende Hauptventil drückt; c) die überdruckkammer ist über eine
feste Drossel ; mit einer Stelle hohen statischen Druckes im Durchflußkanal vor
dem Hauptventil und über das Steuerventil und Verbindungskanäle mit einer Stelle
geringeren statischen Druckes hinter dem Hauptventil verbunden.
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Bei einem bekannten Durchflußregler ist nur ein einziges; von der
Gesamtmenge des Heiz- oder Kühlmittels durchströmtes Ventil vorhanden, das unmittelbar
von der Membrändose betätigt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Durchflußregler braucht
dagegen die Membrandose nicht die zur Verstellung des Hauptventils erforderliche
Kraft aufzubringen. Diese Kraft wird vielmehr von dem strömenden Heiz- oder Kühlmittel
aufgebracht, und die Membrandose hat nur noch die Aufgabe, diese Kraft servomäßig
zu steuern. Durch die hierdurch erzielte Entlastung der Membrandose arbeitet der
erfindungsgemäße Durch-5 flußregler wesentlich leichter und empfindlicher.
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Bei dem bekannten Durchflußregler hat das Ventil einen von der Membrandose
auf und ab bewegten Schlitzschieber, der längsverschiebbar gelagert ist und durch
eine von Hand zu betätigende Umstellvorrichtung in zwei verschiedene Einstellungen
gebracht werden kann, so daß jeweils nur eine der beiden Steuerkanten des Schlitzes
in Funktion tritt. Das Ventil hat also zwei entgegengesetzt arbeitende Drosselorgane,
von denen das eine beim Heizen, das andere beim Kühlen wirksam ist.
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Eine derartige Umstellung ist auch bei dem erfindungsgemäßen Durchflußregler
möglich, allerdings mit dem Unterschied, daß hiervon nicht das Hauptventil, sondern
das bereits erläuterte Servoventil betroffen ist. Dasselbe ist wiederum nicht als
Schlitzventil, sondern in der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform als
ein grundsätzlich gleichwirkendes Doppeltellerventil ausgebildet. Die zu beiden
Seiten des Ventilssitzes 14 angeordneten Ventilteller 21, 22 arbeiten entgegengesetzt.
Beispielsweise bewirkt bei einer Aufwärtsbewegung der Schubstange 20 der obere Ventilteller
21 eine Öffnung des Steuerventils, während der untere Ventilteller 22 sich nur der
Schließstellung nähert, ohne jedoch wirksam zu werden. Wie bereits bei der Erläuterung
der Wärmeregelung dargelegt, ist hierbei nur der obere Ventilteller 21 wirksam.
Der untere Teller 22 ist währenddessen so weit von dem Ventilsitz 14 entfernt, daß
es denselben auch in der höchsten Anhubstellung nicht erreicht. Eine Umstellung
von Wärmeregelung auf Kühlregelung kann nun, analog dem bekannten umstellbaren Durchflußregler,
auch bei dem erfindungsgemäßen Regler erfolgen, und zwar in der Weise, daß bei demselben
durch eine gewisse Längsverschiebung des Ventiltellerpaares 21, 22 der obere Ventilteller
21 aus dem Bereich des Zusammenwirkens mit dem Ventilsitz 14 herausgedrückt und
statt dessen der untere Ventilteller 22 in den entsprechenden Wirkungsbereich gerückt
wird.
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Diese Umstellung von Hand vorzunehmen, würde indessen noch keinen
technischen Fortschritt ergeben. Für den bekannten Durchflußregler ist zwar eine
selbsttätige Umstellung mittels eines temperaturempfindlichen Gliedes vorgeschlagen
worden, jedoch ohne nähere Angabe eines bestimmten Lösungsweges hierfür.
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Bei dem erfindungsgemäßen Regler besteht nun die Möglichkeit, diese
Aufgabe in verhältnismäßig einfacher Weise zu erfüllen, und zwar deswegen, weil
hier ein Raum, nämlich die Überdruckkammer 9, vorhanden ist, in welchem das temperaturempfindliche
Umstellglied angeordnet, von der Temperatur des Heiz- oder Kühlmittels beeinflußt
und in Wirkverbindung mit dem Steuerventil 14, 21, 22 gebracht werden kann.
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In der Überdruckkammer 9 ist eine Bimetallfeder 24 in einem ortsfesten
Bügel 23 eingespannt und unter Einspanndruck nach unten durchgebogen. Ein
Gabelstück 25, das im Zentrum der Bimetallfeder 24 befestigt ist, umgreift mit gewissem
Spiel einen am unteren Ende der Schubstange 20 befestigten Schieber 26. Wenn eine
Wärmeregelung stattfindet, die überdruckkammer
9 also mit Heißwasser
gefüllt ist, dann befinden sich die Teile 24 und 25 in der in Fig. 1 bis 3 dargestellten
Lage, d. h., das Gabelstück 25 liegt, von der Bimetallfeder 24 nach unten gezogen,
auf dem Bügel 23.
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Bei den von der Membrandose 17 verursachten Auf- und Abbewegungen
der Schubstange 20 kann der Schieber 26 in dem Gabelstück 25 gleiten. Wenn, wie
Fig. 2 zeigt, das Steuerventil ganz geöffnet ist, dann liegt der Schieber 26 oben
am Gabelstück 25 an. Die Membrandose 17 kann nun, wenn die vom Temperaturfühler
erfaßte Raumtemperatur zu hoch ist, durch Niederdrücken der Schubstange
20 das Steuerventil schließen. Fig. 3 zeigt die Schließstellung bei Wärmeregelung,
wonach der Ventilteller 24 auf dem Ventilsitz 14 aufliegt und der Schieber 26 gegen
den Grund des Gabelstücks 25 anstößt.
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Wird nun beim Betrieb der Anlage von Heizung auf Kühlung übergegangen,
dann wird das noch in der überdruckkammer 9 befindliche Heißwasser durch Kühlmittel
verdrängt. Die hierdurch abgekühlte Bimetallfeder 24 schnappt nach oben durch, und
das Gabelstück 25 wird nach oben gedrückt, so daß es gegen die Unterseite des Bügels
23 anliegt, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt. Der Schieber 26 wird angehoben, und
die beiden Ventilteller 21 und 22 werden in gleiche Entfernung vom Ventilsitz 14
gebracht. Das Steuerventil hat also in der in Fig.4 dargestellten Lage seine größte
öffnung. Sinkt nun die Raumtemperatur, so hebt die Membrandose 17 die Schubstange
20 an, bis schließlich der untere Ventilteller gegen den Ventilsitz 14 und der Schieber
26 an dem oberen Anschlagrand des Gabelstücks 25 anliegt. Fig. 5 veranschaulicht
diese Ventilschließstellung bei Kühlregelung. Die umgekehrt verlaufenden Vorgänge
beim Übergang von Kühl- auf Heizregelung sind nach den vorstehenden Erläuterungen
ohne weiteres vorstellbar.
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Damit die selbsttätige Umschaltung erfolgen kann, ist es erforderlich,
daß auch bei noch geschlossenem Hauptventil s eine geringe Menge des Wärmeträgers
oder Kühlmittels durch den Durchfiußkanal 2, 10, 3 strömen kann, indem das Hauptventil
mit geringem Leck arbeitet oder eine nicht schließbare Rinne od. dgl. an demselben
angeordnet ist.
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Die Schubstange 20 darf außerdem nicht starr sein, wie in Fig. 1 der
Einfachheit halber schematisch dargestellt ist; es muß vielmehr ein Übertragungsglied
eingebaut sein, welches den durch das Schnappen der Bimetallfeder 24 erfolgenden
Hub aufnehmen kann, damit die Membrandose hiervon nicht beeinflußt wird.
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Eine diese Forderung erfüllende Anordnung ist bei der zweiten Ausführungsform
der Erfindung in Fig. 6 dargestellt. Die Regelbewegungen der Membrandose 17 werden
auf das Steuerventil 14, 21, 22 mittels eines Stempels 26 übertragen, auf den die
Membrandose mit einem Stößel 29 drückt. Eine Schraubenfeder 30 zwischen der
Dichtungsplatte 31 auf dem Gehäusemittelteil 6 und einer Schulter des Stempels 28
liefert die auf die Membrandose wirkende Rückstellkraft. Am unteren Ende des Stempels
28 ist ein Gabelstück 32 befestigt, und der obere Ventilteller 21 hängt unter dem
Druck einer Feder 33 in diesem Gabelstück. Wird beim Hochschnappen der vom Kühlmittel
beaufschlagten Bimetallfeder 24 das Ventiltellerpaar 21, 22 angehoben, so wird dieser
Hub von der Feder 33 aufgenommen, wobei sich der verbreiterte Stützrand des oberen
Ventiltellers 21 vom Gabelstück 32 abhebt. Sinkt nun die Raumtemperatur, so werden
durch die Membrandose 17 der Stempel 28 sowie das Gabelstück 32 angehoben, bis der
obere Ventilteller 21 wieder gegen den unteren Stützrand des Gabelstückes 32 anliegt.
Bei weiterer Abkühlung der Raumtemperatur wird der Stempel 28
noch weiter
angehoben, bis der untere Ventilteller 22 gegen den Ventilsitz 14 anliegt. Auch
in diesem Fall sind die umgekehrt verlaufenden Vorgänge beim > Übergang von Kühl-
auf Heizregelung ohne weiteres vorstellbar.
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Während bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Drossel 12
als einfache Bohrung in der Wandung des mittleren Gehäuseteils ausgeführt ist, zeigt
die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 6 eine Verbesserung, die darin besteht, daß
die Drosselbohrung 12 sich in einem Stopfen 34 befindet, der seitlich in den mittleren
Gehäuseteil 6 eingeschraubt ist und gegebenenfalls gegen einen anderen Stopfen ausgetauscht
werden kann, in welchem die Drosselbohrung 12 zwecks genauerer Einstellung der Arbeitsweise
des Reglers enger oder weiter ist.
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Wenn der Druck der Umwälzpumpe für das Heiz-oder Kühlmittel konstant
ist, kann die Gegenkraft am Hauptventil 5 eine Schraubenfeder 27 sein, wie in Fig.
1 dargestellt. Da jedoch der Pumpendruck in verschiedenen Anlagen unterschiedlich
sein kann, so wird vorzugsweise die Gegenkraft des Hauptventils 5 von diesem Druck
in der Anlage abhängig gemacht. Dies erfolgt, wie in Fig. 6 dargestellt ist, in
der Weise, daß das Hauptventil 5 mit einer Membran 35 verbunden ist, die den mit
einer Bodenplatte 36 geschlossenen unteren Gehäuseteil in zwei Kammern unterteilt,
von denen die eine, 37, als überdruck-; kammer vor und die andere, 38, als Unterdruckkammer
hinter dem Hauptventil s derart mit dem Durchflußkanal verbunden sind, daß sich
über der Membran 35 der durch das Venturirohr 10 gebildete Druckabfall einstellt.