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Thermostatisch gesteuertes Heizungsventil Die Erfindung bezieht sich
auf ein thermostatisch gesteuertes Heizungsventil mit einem federbelasteten, dampf-
oder gasdruckbetätigten Arbeitselement.
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Bei diesen Ventilen ergibt sich auf Grund der gemessenen Temperatur
ein bestimmter Dampf- oder Gasdruck im Betätigungssystem, und der Ventilkörper wird
hierdurch so weit gegen die Kraft der Feder verschoben, bis sich ein Gleichgewichtszustand
.einstellt. Jeder Temperatur entspricht daher eine bestimmte Ventilstellung. Wegen
der dadurch festgelegten Durchflußmenge besitzt somit jedes Ventil eine vorbestimmte
Temperatur-Durchfluß-Charakteristik. Man kann zwar durch Veränderung der Federvorspannung
die Sollwerttemperatur des Ventils ändern; hierbei wird aber die Durchflußcharakteristik
unter Beibehaltung ihrer Form lediglich verschoben. 'b Nun hat aber die Durchflußcharakteristik
der meisten Ventile, insbesondere der Tellerventile, einen den praktischen Bedürfnissen
genau entgegengesetzten Verlauf. Wenn das Ventil sich aus der Schließstellung öffnet,
nimmt die Durchflußmenge mit fallender Temperatur zunächst sehr stark, später aber
in geringerem Maße zu. Für die Rückführung eines zu beheizenden Raumes auf die Sollwerttemperatur
benötigt man aber gerade bei tiefen Raumtemperaturen eine besonders große Wärmemenge.
Erstrebt ist nicht nur eine Linearisierung der Durchflußcharakteristik, sondern
für eine annehmbare Wärmeproportionalität sogar ein Kurvenverlauf, bei dem mit fallender
Temperatur die Durchflußmenge zunächst in geringerem und dann in höherem Maße zunimmt.
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Es ist bekannt, am beweglichen Abdichtelement des Heizungsventils
einen Verdrängerkörper anzubringen und auf diese Weise die Durchflußcharakteristik
des Ventils zu verändern. Dies erfordert jedoch besondere Bearbeitungen an den Abdichtelementen
selbst. Außerdem ist es nicht möglich, die dem Ventil durch den Verdrängerkörper
vorgegebene Durchflußcharakteristik zu ändern, ohne den Verdrängerkörper auszuwechseln.
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Ziel der Erfindung ist es, einem thermostatisch gesteuerten Heizungsventil
der obenerwähnten Art eine beliebige Durchfluß-Temperatur-Charakteristik zu geben,
ohne einen besonderen Verdrängerkörper an den Abdichtelementen anzubringen und ohne
bei einer Änderung der gewünschten Durchfluß-Temperatur-Charakteristik den Verdrängerkörper
auswechseln zu müssen.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Charakteristik
der Federanordnung mindestens zwei Abschnitte von unterschiedlicher Steilheit hat,
die einer vorgegebenen Hubtemperaturkurve des Ventils entsprechen, gemäß der der
Hub bei hoher Temperatur langsamer zunimmt als bei niedriger.
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Zum besseren Verständnis dieser Maßnahme sei auf Fig. 1 verwiesen.
In dem veranschaulichten Diagramm ist nach rechts die Temperatur t (fallende Werte
vom Sollwert aus), nach unten der im thennostatischen System herrschende Druck P,
nach links der Hub des Ventils h und nach oben die Durchflußmenge des Ventils
q aufgetragen. Der Koordinatenschnittpunkt entspricht der Schließstellung
und dem Temperatursollwert. Demzufolge zeigt der zweite Quadrant die Dampfdruck-Temperatur-Kurve
D des thennostatischen Systems. Im dritten Quadranten sind verschiedene
Federcharakteristika F, bis F, aufgetragen. Der vierte Quadrant zeigt in
der Kurve T die Durchflußmenge des Ventils in Abhängigkeit vom Hub. Im ersten Quadranten
schließlich sind verschiedene Durchflußcharakteristika Mi bis M" eingetragen, die
sich bei Verwendung der verschiedenen Federkennlinien Fi bis F 5 in Abhängigkeit
von der Temperatur ergeben. Die Dampfdruckkurve D
und die Durchflußkurve T
ist für ein bestimmtes Ventil gegeben. Bisher wurde eine Gegenfeder mit konstanter
Steilheit entsprechend der Kennlinie F, verwendet. Betrachtet man für eine bestimmte
Temperatur ti den Dampfdruck D, den damit im Gleichgewicht stehenden Punkt
der Federkennlinie F, die hieraus resultierende Hubhöhe h und den hiermit verknüpften
Punkt der Durchflußkurve T, so gelangt man zu einer der Temperatur t, zugeordneten
Durchflußmenge q,. Auf diese Weise lassen sich aus den Federkennlinien F,
bis F" die Durchflußcharakteristika M, bis M, konstruieren.
In
allen dargestellten Fällen sei angenommen, daß für -roße Hubhöhen eine Steilheit
der Federcharakteristik vorhanden sei, die derjenigen der üblichen Kennlinie Fi
entspricht. Für kleinere Hubhöhen je-
doch sind andere Steilheiten der Federcharakteristik
vorgesehen. Sämtliche Kennlinien F2 bis F#_ entstehen ganz einfach dadurch, daß
man eine an sich bekannte, über den gesamten Hub wirksame Gegendruckfeder und eine
über nur einen Teil des Hubs, der hier zwischen der Schließstellung und einer teilweise
offenen Stellung des Veltils liegt, wirksame Gegendruckzusatzfeder verwendet. Selbstverständlich
kann man auch mehrere dieser Zusatzfedern benutzen, um noch andere Federkennlinien
zu erzeugen. Die Kennlinien F2 und F" werden durch die gleiche Federkombination
erzeugt; unterschiedlich ist lediglich, daß bei der Kennlinie F, die Zusatzfeder
über einen längeren Hubabschnitt wirksam ist und unter einer höheren Vorspannung
steht. Bei der Kennlinie F4 ist eine härtere Zusatzfeder verwendet worden. Bei der
Kennlinie F" ist die Zusatzfeder als Tellerfeder ausgebildet.
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Die DurchflußkurvenM, bis M., zeigen nun deutlich einen der üblichen
Kurve M, entgegengesetzten Verlauf. Sie beginnen mit einer geringeren und enden
mit einer stärkeren Neigung als die Vergleichskurve. Hieraus läßt sich sofort ersehen,
daß eine bessere Wärmeproportionalität erzielt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß wegen der geringeren
Steigung im Anfangsbereich in wesentlich geringerem Maße Pendlungen in der Nähe
der Schließstellung auftreten als bisher. Die Kurven M., und M4 besitzen relativ
lange, fast horizontale Ab-
schnitte, die eine in manchen Fällen erwünschte
Regeltechnik erlauben, nämlich die Einstellung einer konstanten Durchflußmenge innerhalb
eines bestimmten Temperaturintervalls mit einer temperaturabhängigen Regelung oberhalb
und unterhalb dieses Intervalls.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele,
die in den F i g. 2 und 3 im Schnitt veranschaulicht sind, näher erläutert.
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Das Ventil besitzt ein Gehäuse 1 mit dem Sitz 2. Der Ventilteller
3 ist auf dem Ventilschaft 4 gehalten. In üblicher Weise wirkt auf diesen
Schaft von oben die Schraubenfeder 5, der mit Hilfe des Handgriffes
6 und des auf dem Schaft verschraubbaren Tellers 7 eine einstellbare
Vorspannung gegeben werden kann. Unten ist der Schaft mit der Balgdose
8 des thennostatischen Systems verbunden, die über die Kapillarrohrleitung
9 mit einem Fühler verbunden ist. Der Hub h, also der Abstand zwischen dem
Ventilsitz 2 und dem Ventilteller 3, ergibt sich aus dem Gleichgewichtszustand
zwischen der temperaturabhängigen Kraft der Balgdose 8 und der Kraft der
Feder 5.
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Wesentlich ist die Zusatzfeder 10, die sich einerseits an der
Anlageplatte 11 und andererseits an einer Platte 12 abstützt, die durch Muttern
13 auf einer Hülse 14 gehalten ist, welche mit einem Flansch 15
auch
die Anlageplatte 11 abstützt. Bei einer Schließbewegung des Schaftes kommt
die Anlageplatte 11
mit dem gehäusefesten Anschlag 16 in Berührung
und drückt über das letzte Stück x des Hubes die Zusatzfeder 10 zusammen.
Diese Hülse 14 ist am unteren Ende in der überwurfmutter 17 gehalten und
mittels der Madenschraube 18 arretiert. Die Überwurfmutter greift ihrerseits
unter einen Absatz des Schaftes 4.
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Im Betrieb wirken innerhalb des an die Schließstellung angrenzenden
Hubabschnitts x die Federn 5
und 10 gemeinsam gegen die Kraft des Betätigungsorgans
8. Relativ große Temperaturänderungen haben nur eine relativ kleine Änderung
der Durchflußmenge zur Folge. Jenseits des Hubabschnittes x löst sich die Anlageplatte
11 vom Anschlag 16, so daß die Feder 10 unwirksam wird. Von
diesem Augenblick an ist nur noch die Feder 5 in Tätigkeit.
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Durch Verschrauben der Überwurfmutter 17 kann man die Hülse
14 mit der gesamten Zusatzvorrichtung längs des Schaftes 4 verschieben und dadurch
den Hubabschnitt x verändern. Durch Verstellen der Muttern 13 auf der Hülse
14 kann man außerdem die Vorspannung der Feder 10 einstellen, also diejenige
Spannung, die sie besitzt, wenn die Anlageplatte 11 gegen den Anschlag
16 stößt.
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Daher kann man mit der veranschaulichten Konstruktion die verschiedensten
Federkennlinien, z. B. die Kennlinien F, bis F, einstellen. Wenn der
Ab-
schnitt x sehr groß gemacht wird, ergibt sich die Kennlinie F,. Bei kleinem
Abschnitt x und kleiner Vorspannung erhält man die Kurve F2, bei etwas größerem
Abschnitt x und größerer Vorspannung die Kurve F..
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In F i g. 3 ist der Unterteil des gleiten Ventils wie in F
i g. 2 mit genau den gleichen Teilen veranschaulicht (auch Muttern
13, Hülse 14 und überwurfmutter 17 vollständig geschnitten), lediglich
die Feder 10 mit der Stützplatte 12 ist durch die Tellerfeder 19 und
das Abstandsstück 20 ersetzt.
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Wenn für einen gegebenen Fall die Verstellmöglichkeiten des in F i
g. 2 gezeigten Modells nicht mehr ausreichen, braucht man lediglich die Kappe
21 abzuschrauben. Dann kann man die Hülse 14 mit der gesamten Zusatzeinrichtung
als Ganzes herausnehmen und durch eine Hülse mit einer stärkeren Zylinderfeder
10 (Kennlinie F4) oder durch eine Hülse mit ein oder mehreren Tellerfedern
19 (Kennlinie F") ersetzen. Da die Teile einander entsprechen, genügt
es auch, wenn man für eine Hülsenanordnung lediglich verschiedene Federn vorrätig
hat, um beliebige Kennlinien zu erzeugen.
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Die veranschaulichte Konstruktion hat sich wegen ihres einfachen Aufbaus
und der leichten Austauschbarkeit der wesentlichen Teile als besonders geeignet
herausgestellt. Abwandlungen sind aber in beliebiger Richtung möglich, ohne vom
Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. So kann man beispielsweise mehr als zwei
Federn verwenden oder aber nur eine Feder, die eine über den Federweg veränderliche
Steilheit der Kennlinie aufweist. Die Zusatzfeder kann auch auf der gleichen Seite
wie die Hauptfeder angeordnet sein. Falls ein Ventil mit Verdrängungskörper benutzt
wird, kann man die Beeinflussung der Durchflußcharakteristik von Verdrängungskörper
und Zusatzieder überlagern.