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Elektrothermisch gesteuertes Ventil, insbesondere für Warmwasserheizanlagen
Zusatz zum Patent: 1219 305
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrotherinisch
gesteuertes Ventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs des Patentes 1219 305,
das insbesondere für Wannwasserheizanlagen gedacht ist, bei dem als thermische Steuereinrichtung
eine Bünetallanordnung aus mehreren Bünetallen dient, von denen ein stark ausgelegtes,
elektrisch beheiztes zur Lüftung des Ventils dient (öffnungsbimetall) und ein schwach
ausgelegtes, ebenfalls elektrisch beheiztes, den Hub des Ventils besorgt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausschließlich auf solche Ventile.
Sie schafft ein Ventil, das bei Netzausfall von Hand bedient werden kann und dessen
Durchflußwiderstand in seiner voll geöffneten Stellung einstellbar ist, und vor
allem auf die Impulse z. B. des Raumthermostaten sehr rasch anspricht. Letzteres
wird zunächst dadurch erreicht, daß ein Verklinkungsbimetall vorgesehen ist, das
den Ventilteller in seiner Offenlage festhält, solange es nicht beheizt ist, und
den Schließvorgang freigibt, wenn es beheizt wird, wie es an sich bei anderen elektrothermisch
gesteuerten Ventilen bereits vorgeschlagen ist. Dadurch, daß die Höhenlage des Verklinkungsbimetalls
von außen her eingestellt werden kann, kann der öffnungshub des Ventils vorbestimmt
werden. Da das Verklinkungsbimetall den Schließvorgang nur dann freigibt, wenn es
beheizt wird, bleibt das Ventil bei Stromausfall offen. Durch die Höheneinstellvorrichtung
des Verklinkungsbimetalls läßt es sich aber bei Stromausfall auch von Hand öffnen.
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In der Zeichnung, auf die im folgenden Bezug genommen wird, ist ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung , dargestellt.
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F i g. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Ventils, während in F i g. 2 eine konstruktive Einzelheit dargestellt ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Ventil für eine
Warmwasserheizanlage. In der Zeichnung, sind nur die zum Verständnis der Erfindung
erforderlichen Teile dargestellt. Das Ventil besteht aus einem Ventilgehäuse
1, das mit einem Zuflußrohr 2 und einem Abflußrohr 3 für das Heizwasser
in Verbindung steht. Die Verbindungsöffnung zwischen Ventilgehäuse und Abflußrohr
ist durch einen konisch gehaltenen Ventilteller 4 verschließbar, der im geschlossenen
Zustand auf einem entsprechend konisch ausgebildeten Rand der Öffnung aufsitzt.
Oberhalb des Zuflußrohres 2 ist in dem Ventilgehäuse eine Membran 5 angebracht,
die den oberen Ventilraum 6 gegen den vom Heizwasserraum eingenommenen Platz
abschließt. Der Raum 6 ist mit einer nichtleitenden Flüssigkeit, vorzugsweise
Öl, gefüllt, die infolge ihrer Inkompressibilität den vom Heizwasser auf
die Membran ausgeilbten Druck ausgleicht. Die Membran wird von einer mit dem Ventilteller
4 verbundenen Ventilstange 7 durchsetzt, die in ihrem oberen Teil mit einem
U-förmigen Bügel 8
verbunden ist. Der Bügel 8 schließt zwischen seinen
Schenkeln eine aus den Bimetallen 9, 10 und 11 bestehende thennische
Steuereinrichtung ein. Das verhältnismäßig stark ausgelegte Bimetall 9 dient
als Öffnungsbimetall, das sich bei Erwärmung zwar nur wenig ausbiegt, aber dafür
eine große Kraft aufbringt. Das Bimetall liegt auf einer Brücke 12 auf, die ebenfalls
durch die Schenkel des Bügels 8 greift und deren Enden in nicht besonders
dargestellten Führungen geführt sind. Auf den Enden des Öffnungsbimetalls stützt
sich ein dachföriniger Distanzkörper 13 mit seinen Füßen 14 und
15 ab. An der Firstkante des Distanzkörpers 13 ist das als Kompensationsbimetall
dienende Bimetall 10 befestigt, das seinerseits durch an den Enden angeordnete
Distanzstücke 16 und 17
mit dem darüber befindlichen Hubbimetall
11 auf Abstand gehalten ist. Ein weiteres Abstandsstück 18
ist in der
Mitte zwischen dem Hub- und dem Kompensationsbimetall angeordnet. Oberhalb des Hubbimetalls
befindet sich eine Platte 19, die an den Enden des Bücels 8 befestigt
ist. Wie das öffnungsbimetall, so sind auch das Kompensationsbimetall und das Hubbimetall
mit ihren Enden in nicht dargestellten Führungen geführt und zwischen den Schenkeln
des Bügels 8 angeordnet. Das öffnungsbimetall
und das Hubbimetall
besitzen Heizwicklungen 20 bzw. 21. Das öffnungsbimetall ist so angeordnet, daß
es sich bei Erwärmung mit seinen Enden gegen die beiden anderen Bimetalle krümmt.
Die Krümmungsrichtung von Hub- und Kompensationsbimetall sind gleich, und zwar sind
diese Bimetalle so vorgesehen, daß sie sich bei Erwärmung mit ihren Enden gegen
das Öffnungsbimetall hin auslenken. Auf den Enden der Schenkel des Bügels
8 ist ein U-förmiger Weicheisenrückschluß 22 befestigt, dessen Schenkel sich
bei Bewegung der Ventilstange über eine entsprechend geformte Auswölbung
23 in dem aus nichtmagnetischem Material hergestellten Ventil 1
bewegen.
In die Auswölbung 23 ragt ein Permanentmagnet 24 hinein, der über eine Schaltstange
25 mit einer Schalteinrichtung 26 in Verbindung steht. Die Schalteinrichtung
26 ist auf einer Gewindespindel 27
und in einer am Ventilgehäuse angebrachten
Führung 28 geführt. Die Gewindespindel ist in dem Ventilgehäuse drehbar gelagert.
Im Inneren des Ventilgehäuses ist auf der Gewindespindel noch ein Verklinkungsbimetall
29 angebracht, das durch die Gewindespindel in vertikaler Richtung verschiebbar
ist und in einer Führung 30 gleitet. Das Verklinkungsbimetall 29 besitzt
eine Heizwicklung 31. Das freie Ende 32 des Verklinkungsbimetalls
arbeitet mit einer Klinkennase 33 zusammen, die auf dem Bügel 8
angebracht
ist (s. auch F i g. 2). Auf der Gewindespindel ist außerhalb des Gehäuses
noch ein Zahnrad 35 angebracht, das mit einem auf dem Gehäuse 1
befestigten
Zahnrad 36 im Eingriff steht (F i g. 1).
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In der Darstellung befindet sich das Ventil in der Schließstellung.
In der Schalteinrichtung 26 ist ein Ruhekontakt geschlossen, der mit den
Heizwicklun-42 Oren 20 und 21 der Bimetalle 9 und 11 in Reihe geschaltet
ist. Die Steuerung der Heizwicklungen 20 und 21 erfolgt über einen Raumthermostaten,
der den Stromkreis schließt, wenn der mit der Warmwasserheizanlage beheizte Raum
stärker erwärmt, d. h. Heizwasser durch die Heizkörper geschickt werden soll.
Mit dem Schließen des Kontaktes in dem Raumthermostaten werden die Heizwicklungen
20 und 21 vom Strom durchflossen und erwärmen die Bimetalle, die sich auslenken.
Das verhältnismäßig schwach dimensionierte Bimetall 11 kann den auf dem Ventilteller
lastenden Druck nicht überwinden und wirkt zunächst nur auf das Kompensationsbimetall
10, das gleichzeitig als überdruckschutz dient. Das wesentlich stärker ausgelegte
öffnungsbimetall stützt sich mit seinem Mittelteil gegen die Brücke 12 und drückt
mit seinen freien Enden auf die Füße 14 und 15 des Distanzstückes
13 und damit über das zwischen Hub- und Kompensationsbimetall angebrachte
Distanzstück 18 auf die Platte 19. Infolgedessen wird der an der Platte
19 befestigte Bügel 8 und damit die Ventilstange 7 angehoben,
so daß eine geringe Lüftung des Ventiltellers 4 eintritt, die aber ausreichend ist,
den auf dem Teller lastenden Druck zum Verschwinden zu bringen. Nunmehr ist das
Hubbimetall in der Lage, die Platte 19 und damit die Ventilstange mit dem
Ventilteller noch höher anzuheben. Das Kompensationsbimetall geht nach Fortfall
des Druckes wieder in seine gestreckte Lage über, so daß das Hubbimetall mit seinem
Mittelteil das Ventil noch weiter öffnen kann. Dabei gelangt der Weicheisenrückschluß
22 so weit in den Bereich des Dauermagneten 24, daß dieser in den Weicheisenrückschluß
hineingezogen wird. Durch die Bewegung des Dauermagneten 24 wird über die Schaltstange
25 in der Schalteinrichtung 26 der Ruhekontakt geöffnet und ein Arb-eitskontakt
geschlossen. Durch das öffnen des Ruhekontaktes wird der Stromkreis, in dem die
Heizwicklungen 20 und 21 liegen, unterbrochen. Die Bimetalle kühlen sich ab und
gehen allmählich in ihre gestreckte Lage über. Der Ventilteller wird jedoch in der
öffnungsstellung gehalten, da die an dem Bügel 8 angebrachte Klinkennase
33 bei der öffnungsbewegung des Ventils über das Verklinkungsbimetall
32 gelangt ist und der Bügel 8 von dem Verklinkungsbimetall zunächst
in dieser Stellung gehalten wird. Ist die gewünschte Temperatur in dem zu erwärmenden
Raum erreicht, so geht der Raumthermostat in die Ausstellung über. Dabei wird ein
Stromkreis geschlossen, in dessen Verlauf die Heizwicklung 31 des Verklinkungsbimetalls
liegt. In diesem Stromkreis liegt außerdem der Arbeitskontakt der Schalteinrichtung
26, der erst geschlossen wurde, als das Ventil seine Öffnungsstellung erreicht
hatte. Unter dem Einfluß der Erwärmung lenkt sich das Bimetall 29 in Richtung
des Pfeiles 34 (F i g. 2) aus, so daß die Verklinkung des Bügels
8 gelöst wird und daß Ventil in seine Ausgangsstellung zurückgeht. Dabei
wird der Weicheisenrückschluß 22 aus dem Bereich des Dauermagneten 24 gezogen, und
die Schalteinrichtung springt in ihre Ausgangsstellung zurück. Die Heizwicklung
31 des Verklinkungsbimetalls wird dadurch ausgeschaltet, und der mit den
Heizwicklungen 20 und 21 in Reihe liegende Kontakt der Schalteinrichtung
26 wird geschlossen. Ein Strom fließt in diesem Kreis jedoch erst dann, wenn
sich der Raumthermostat wieder einschaltet. Die Heizwicklung 31 des Bimetalls
29 ist so ausgelegt, daß eine schnelle Auslenkung des Bimetalls erfolgt,
wenn vom Raumthermostaten der Schließbefehl für das Ventil gegeben wird.
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Um eine Voreinstellung der Hubhöhe des Ventiltellers vornehmen zu
können, ist die Schalteinrichtung 26 und das Verklinkungsbimetall
29 auf der Gewindespindel 27 geführt. Soll das Ventil nicht voll geöffnet
werden, so läßt sich durch Drehen der Ge# windespindel 27 die Schalteinrichtung
und das Verklinkungsbimetall gleichzeitig um den gleichen Betrag in der Höhe verstellen.
Das bedeutet, daß beim öffnen des Ventils die Verklinkung bereits durchgeführt wird,
wenn sich der Ventilteller noch nicht bis zur vollen Höhe seines Hubes von der Öffnung
abgehoben hat. Entsprechend früher wird auch die Schalteinrichtung 26 betätigt,
da der Dauermagnet 24 bereits zu einem früheren Zeitpunkt in den Bereich des Weicheisenrückschlusses
22 gelangt und die Ausschaltung der Heizwicklungen 20 und 21 bewirkt. Durch diese
Maßnahme ist es möglich, bei einer Reihe von parallelgeschalteten Heizkörpern die
ersten Heizkörper zudrosseln, damit auch die letzten noch genügend mit Heizwasser
versorgt werden können. Die U-förmige Ausbildung des Weicheisenrückschlusses 22
hat dabei den Vorteil, daß trotz Verstellung die Anspruchwerte des Magneten immer
gleich bleiben, da der für den Ansprechwert maßgebende Luftspalt unverändert bleibt.
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Die Anzeige der Voreinstellung erfolgt mit den Zahnrädern
35 und 36. Die Drehung der Spindel 27
wird von dem Zahnrad
35 auf das viel größer dimensionierte Zahnrad 36 übertragen. Das
Zahnrad 36
besitzt eine Skala oder eine Marke und zeigt an einer
fest
auf dem Gehäuse angebrachten, nicht besonders dargestellten Marke bzw. Skala die
Größe der Voreinstellung an. Durch die Abmessungen der Zahnräder kann erreicht werden,
daß sich trotz mehrfacher Umdrehung der Spindel das Zahnrad 36 nur um einen
Winkel von 2701 dreht. Dadurch kann die Voreinstellung des Ventils jederzeit
kontrolliert werden.
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Die Anordnung gestattet es außerdem, das Ventil unabhängig von der
elektrischen Steuerung betätigen zu können, wie dies beispielsweise bei Ausfall
des Stromversorgungsnetzes erforderlich sein kann. Daher ist die Anordnung so ausgeführt,
daß man durch Drehen der Gewindespindel das Verklinkungsbimetall 29 so weit
absenken kann, daß das Ende 32 im geschlossenen Zustand des Ventils unter
der Klinkennase 33 einrastet und durch Zurückdrehen der Gewindespindel von
Hand das Ventil öffnet. Eine solche Auslegung macht das Ventil für alle Fälle brauchbar.
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Da bei den üblichen, im Längsschnitt kegelstumpfförinigen Ventiltellern
beim öffnen des Ventils die Einstellung der Durchflußmenge verhältnismäßig grob
ist, ist zweckmäßigerweise an dem Ventilteller ein Ansatz 37 vorgesehen,
durch dessen Form die Einstellung der Durchflußmenge verfeinert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel
hat der Ansatz im Längsschnitt die Form eines ungleichmäßigen Trapezes. Durch den
Ansatz ist es möglich, die Abhängigkeit der Durchflußmenge von der Hubhöhe zu verändern.