-
Mischventil Die Erfindung betrifft ein Mischventil f ür Warmwasserheizungen
mit einem Drehschieber und einem Gehäuse mit Anschlußstutzen für Kesselvorlauf,
Heizungsvorlauf, Heizungsrücklauf und Kesselrücklauf.
-
Bei bekannten Mischventilen werden die Abgangsöffnung für den Heizungsvorlauf
und die Abgangsöffnung für den Kesselrücklauf durch Verstellen des Ventils verschieden
unterteilt. Die Strömungsquerschnitte für den Zutritt des heißen Kesselvorlaufwassers
und des kalten Heizungsrücklaufwassers zum Mischventil bleiben gleich. Die Komponenten
werden erst in der zu den Heizkörpern führenden Vorlaufleitung bzw. der zum Kessel
führenden Kesselrücklaufleitung gemischt. Bei dieser Mischung muß Wasser stark verschiedener
Temperatur gemischt werden.
-
Die Praxis hat gezeigt, daß das heiße und kalte Wasser in den Leitungen
größere Strecken zurücklegen kann, ohne daß eine wesentliche Mischung zustande kommt.
Hinter dem Abgangsstutzen eingebaute Temperaturfühler geben deshalb nicht die Mischtemperatur
an, die man eigentlich messen möchte, sondern je nach Meßstelle entweder
zu hohe oder zu niedrige Temperaturen, was zu falscher Regelung der Heizungsanlage
führt.
-
Wenn die Temperatur des Heizungsvorlaufwassers gegenüber der Temperatur
des Heizungsrücklaufwassers nur wenig erhöht werden soll, muß der Zuflußquerschnitt
für heißes Wasser klein gehalten werden. Da sich die Strömungsverhältnisse bei sehr
kleinen Querschnitten nicht mehr überschauen lassen, ist es nicht immer möglich,
einen linearen oder wenigstens annähernd linearen Zusammenhang zwischen der Stellung
des Drehschiebers und der Mischtemperatur zu erzielen.
-
Es ist ein Mischventil bekanntgeworden, nüt dem eine gute Durchmischung
des verschieden warmen Wassers und eine über den Drehweg der Klappe etwa gleichmäßig
ansteigende Regelcharakteristik angestrebt wird. Um dies zu erreichen, sind an einer
Drehklappe Leitflossen angeordnet, die die ausfließenden Wasserströme in drehende
Bewegung versetzen. Die drehende Bewegung der Wasserströme begünstigt zwar die Durchmischung
des heißen und des kalten Wassers, jedoch wird auch hierbei für eine gute Durchmischung
noch ein gewisser Strömungsweg innerhalb der an das Mischventil angeschlossenen
Leitung benötigt.
-
Bekannt ist ein weiteres Mischventil, mit dem eine lineare Abhängigkeit
zwischen dem Stellwinkel und der Vorlauftemperatur angestrebt wird. Zu diesem Zweck
ist die Größe des Durchflußquerschnittes so ausgebildet, daß sie bei Verdrehen eines
Drehschiebers anfänglich zunimmt und dann mindestens auf einer Teilstrecke abnimmt.
Bei diesem bekannten Mischventil sind keine Vorkehrungen getroffen, um eine rasche
Durchmischung der verschieden warmen Wasserströme zu begünstigen. Diese fließen
also, wie bereits ausgeführt, über eine längere Strecke nebeneinander, ohne sich
vollständig vermischt zu haben.
-
Schließlich ist auch ein Mischventil bekannt, bei dem der als Drehblatt
ausgebildete Verteiler so verformt ist, daß seine Seitenkanten gegen den heißen
Einlauf hin verzogen sind. Auch bei diesem Mischventil wird eine sofortige Durchmischung
des heißen und des kalten Stromes nicht erreicht.
-
Durch die Erfindung soll ein Mischventil der eingangs genannten Gattung
so ausgebildet werden, daß das Nebeneinanderfließen des heißen Kesselvorlaufwassers
und des kalten Heizungsrücklaufwassers in der Heizungsvorlaufleitung bzw. der Kesselrücklaufleitung
vermieden wird. Dabei soll das Mischventil so ausgebildet sein, daß ein linearer
Zusammenhang zwischen der Drehschieberstellung und der Mischtemperatur eher erzielbar
ist als bei den bekannten Mischventilen.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Gehäuse
des Mischventils zwei Räume vorgesehen sind, von denen der erste eine zur Mischung
von Kesselvorlauf mit Heizungsrücklauf und der zweite zum Zusammenführen der im
ersten Raum gebildeten Mischung mit dem Heizungsvorlauf bzw. dem Kesselrücklauf
dient und daß der Drehschieber gleichzeitig Zulauföffnungen zum ersten Raum und
die Querschnitte an den Zusammenführungsstellen regelt.
-
Bei einem solchen Mischventil wird zunächst im ersten Raum eine Mischung
gebildet, die aus dem heißen Kesselvorlaufwasser und dem kalten Heizungsrücklaufwasser
besteht. Es wird also zunächst eine Mischung aus dem heißesten und dem kältesten
in der
Anlage vorkommenden Wasser gebildet. Entspricht diese Mischtemperatur
gerade dem Wärmebedarf der Heizungsanlage, so strömt ein Teil des gemischten Wassers
zu den Heizkörpern und ein Teil zum Kessel. Weicht die für das Heizungsvorlaufwasser
erforderliche Temperatur von der im ersten Raum gebildeten Temperatur ab, so muß
das Mischventil in eine Zwischenstellung gebracht werden, in der für den Fall, daß
die nötige Temperatur höher ist als die Mischtemperatur im ersten Raum, noch heißes
Kesselvorlaufwasser in die Vorlaufleitung der Heizung strömen kann und für den Fall,
daß die gewünschte Temperatur niedriger ist als die im ersten Raum herrschende,
noch kaltes Rücklaufwasser, das aus der Heizungsanlage kommt, in die Vorlaufleitung
strömen und sich dort mit dem im ersten Raum gemischten Wasser vermischen kann.
Die Temperaturdifferenzen sind dann aber weit ge-
ringer als bei den bekannten
Mischern, da ja im Innenraum bereits eine Temperatur gebildet wurde, die nicht sehr
stark von der gewünschten Vorlauftemperatur abweichen kann.
-
Durch die Erfindung wird zweierlei erreicht, nämlich erstens das Eintreten
einer weitgehend homogenen Mischung in die Heizungsvorlaufleitung und zum anderen
eine Linearisierung des Zusammenhanges zwischen Drehschieberstellung und Mischtemperatur.
Diese Linearisierung -.wird dadurch erreicht, daß nur noch Wasser von-gerihgfügig
verschiedener Temperatur gemischt werden muß, so daß die Querschnitte für das in
geringerer Menge zuzufügende Wasser auf jeden Fall größer sind als bei den bekannten
Mischern, in denen das kälteste Wasser, nämlich das Heizungsrücklaufwasser mit dem
heißesten Wasser, nämlich dem Kesselvorlaufwasser, unmittelbar gemischt werden muß.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform. der Erfindung ist
der erste Raum als im wesentlichen zylindrischer Innenraum und der zweite Raum als
diesen umgebender Ringraum ausgebildet, in den die Anschlußstutzen münden. Der Drehschieber
umgreift mit einer Hohlzylinderfläche die zylindrische Außenseite der Wand des Innenraumes
und steuert gleichzeitig mit den Stirnseiten von am Drehschieber angeordneien Stutzen
die Abgangsöffnungen für den Heizungsvorlauf und den Kesselrücklauf.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Wand
des Innenraumes und am. Drehschieber je zwei Öffnungen für den Kesselvorlauf
und den Heizungsrücklauf vorgesehen. Diese Offnungen decken sich in der Mittelstellung
des Ventils, d. h., sie stehen so zueinander, daß das heiße Kesselvorlauf-:
wasser und das kalte Heizungsrücklaufwasser durch beide Öffnungen in den Innenraum
strömen kann. In den Endstellungen sind alle Öffnungen zum Innenraum geschlossen,
d. h., die im Drehschieber vorgesehenen Öffnungen sind gegenüber den in der
Wand des Innenraumes vorgesehenen Öffnungen seitlich versetzt, so daß weder Kesselvorlaufwasser
noch Heizungsrücklaufwasser in den Innenraum strömen kann.
-
In der Endstellung »Zu« ist der Heizungskreislauf vollständig vom
Kesselkreislauf abgeschlossen. In einer Zwischenstellung ist auf jeder Seite
je eine Öff-
nung zum Innenraum verschlossen, so daß für den Zulauf
des Kesselvorlaufwassers und den Zulauf des Heizungsrücklaufwassers zum Innenraum
nur je eine Öffnung zur Verfügung steht. Durch diese Verwendung zweier Öffnungen
wird die stufenlose Steuerung der-Innenraumtemperatur ermöglicht. Gemäß einer weiteren
Fortbildung der Erfindung sind die Steuerkanten der Drehschieberstutzen so
ge-
formt, beispielsweise durch nach innen vorspringende Einbuchtungen, daß
im Anfangsbereich der Übersteuerung der Abgangsöffnungen der Zufluß für den Heizungsrücklauf
bzw. Kesselvorlauf rasch geöffnet wird. In einem solchen Fall ist gegenüber einer
geraden Steuerkante der Durchflußquerschnitt kein Kreisabschnitt mehr, sondern ein
von z. B. zwei Kreisbögen begrenzter Querschnitt, der mit einer Verdrehung des Drehschiebers
sehr viel schneller zunimmt als ein Kreisabschnitt.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung hervor, es zeigt F i
g. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Mischventils gemäß der
Erfindung, F i g. 2 eine teilweise diametral geschnittene Seitenansicht des
Mischers in Richtung des Pfeiles II in F i g. 1,
F i g. 3, 5 und
7 schematische Darstellungen von senkrecht zur Drehschieberachse gelegten
Schnitten des Mischventils bei verschiedenen Schieberstellungen und F i
g. 4, 6 und 8 den Schieberstellungen nach den F i
g. 3, 5 und 7 entsprechende Stirnansichten der Abflußöffnung für den
Heizungsvorlauf.
-
Der Schieber besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 und
einem Drehschieber 2. Am Gehäuse 1
sind vier Stutzen 3, 4,
5 und 6 vorgesehen. Der Stutzen 3 dient zum Anschluß der
Heizungsvorlaufleitung, der Stutzen 4 zum Anschluß der Heizungsrücklaufleitung,
der Stutzen 5 zum Anschluß der Kesselrücklaufleitung und der Stutzen
6 zum Anschluß der Kesselvorlaufleitung. Im Gehäuse 1 ist eine einstückig
mit diesem ausgebildete im wesentlichen zylindrische Wand 7 vorgesehen, die
sich vom Boden 8 des Gehäuses 1 aus erhebt. In dieser Wand sind verschiedene
öffnungen vorgesehen, die noch an Hand der F i g. 3 bis 7 beschrieben
werden.
-
Die zylindrische und bearbeitete Außenseite der Wand 7 ist
mit geringem Spiel von der ebenfalls bearbeiteten zylindrischen Innenseite
10 des Drehschiebers 2 umfaßt. Am Drehschieber 10 sind zwei einander
diametral gegenüberliegende Stutzen vorgesehen, von denen in den F i g. 1
und 2 lediglich der obere Stutzen 11 zu sehen ist. Im übrigen ist der Drehschieber
2 topfförmig ausgebildet. In seinen Boden 12 ist ein Achsstummel 13 drehfest
eingesetzt. An diesem Achsstummel befindet sich eine Mitnehmerfläche 14. Der Achsstummel
13 dient zur Verdrehung des Drehschiebers 2 relativ zum Gehäuse
1.
-
Die Stirnseiten 15 der Drehschieberstutzen sind ebenfalls zylindrisch
und haben einen geringen Ab-
stand von der bearbeiteten Hohlzylinderfläche
16 des Mischergehäuses. Zur Lagerung des Drehschiebers 2 dient ein in das
Mischergebäuse eingesetzter Verschlußdeckel 17, in dem der Drehschieber bei
18 zentriert ist. Als axiale Anschlagflächen sind am Drehschieberboden 12
ringförmige Erhebungen 19 und 20 vorgesehen.
-
Die F i g. 3, 5 und 7 zeigen senkrecht zur Drehschieberachse
gelegte Schnitte durch das Mischventil. Diese Schnitte entsprechen dem in F i
g. 1 dargestellten Teilschnitt. Aus den Schnitten ist zu ersehen, daß in
der zylindrischen Wand 7 des Gehäuses 1 insgesamt sechs öffnungen
vorgesehen sind, nämlich eine Offnung 21, die mit dem Abgangsstutzen 3 fluchtet,
eine Öff-
nung 22, die mit dem Kesselrücklaufstutzen fluchtet
und schlitzförnüge Öffnungen 23, 24 und 25, 26, die etwa gegenüber
den Stutzen 4 bzw. 6, also den Stutzen für das Heizungsrücklauf- und das
Kesselvorlaufwasser liegen.
-
Im Drehschieber 2 sind ebenfalls sechs Öffnungen vorgesehen, nämlich
eine Öffnung 27 im Stutzen 11,
eine Öffnung 28 im Stutzen ll',
zwei mit den Öffnune#en 23 und 24 zusammenwirkende schlitzförmige Offnungen
29 und 30 sowie zwei weitere schlitzförrnige Öffnungen 31 und
32. Die Öffnungen 29, 30 und 31, 32
sind breiter ausgebildet
als die Öffnungen 23, 24 und 25, 26.
-
Die Funktion des Mischventils wird nachfolgend an Hand der verschiedenen
in den F i g. 3, 5 und 7 dargestellten Stellungen beschrieben.
-
In der in F i g. 3 dargestellten Mittelstellung sind die Stutzen
11, 11' auf die Anschlußstutzen 3 und 5
des Gehäuses
1 ausgerichtet. Die schlitzförmigen Öff-
nungen 29 bis
32 des Drehschiebers 2 sind so auf die Öffnungen 23 bis
26 der zylindrischen Wand 7 des Gehäuses 1 ausgerichtet, daß
letztere frei sind. Damit sind gleiche Strömungsquerschnitte für den Zufluß des
durch die Pfeile 33 angedeuteten Heizungsrücklaufwassers und des durch die
Pfeile 34 angedeuteten Kesselvorlaufwassers vorhanden. Bei gleichem Druck in der
Heizungsrücklaufleitung und der Kesselvorlaufleitung strömt deshalb gleich viel
Wasser in den Innenraum 35. In diesem Fall wäre die Mischtemperatur ti im
Innenraum
Dieses Mischwasser verteilt sich nun und fließt teils über den Stutzen
3 zu den Heizkörpern und teils über den Stutzen 5 zum Kessel. Im Innenraum
35 findet eine intensive Durchmischung des aufeinanderstoßenden Wassers verschiedener
Temperatur statt, so daß schon an den Abflußstutzen 3 bzw. 5 eine
homogene Mischung erreicht ist.
-
In F i g. 5 ist der Drehschieber 2 gegenüber F i
g. 3
etwas in Richtung »Zu« verstellt, d. h., die gewünschte Vorlauftemperatur
tv soll niedriger sein als beim Zustand nach F i g. 3. Wie aus F i
g. 5 ersichtlich, ist der Drehschieber 2jetzt in eine solche Lage gekommen,
daß die Stutzen 11 und 11' gegenüber den Abgangsstutzen seitlich versetzt
sind. Dadurch sind gleichzeitig die Öffnungen 23 und 26 in der Wand
7 abgeschlossen worden, während die Öffnungen 24 und 25 noch offen
geblieben sind. Durch die Verstellung ist nun auch der Außenraum 36 zwischen
der Wand 7 und der Außenwand des Mischergehäuses gegenüber den Abflußstutzen
3 bzw. 5 geöffnet worden. Dieser Zustand ist auch in F i
g. 6 dargestellt. Man sieht aus dieser Figur, daß der Stutzen 11 jetzt
mitten in der kreisrunden Öffnung des Anschlußstutzens 3 steht (F i
g. 4 zeigt die Stellung des Stutzens 11 gemäß F i g. 3, d.
h., der Stutzen 11 verbindet hier nur den Innenraum 35 mit dem Abflußstutzen
3).
-
Wenn man nun in der Stellung nach den F i g. 5
und
6 annimmt, daß die Drücke des Kesselvorlaufwassers 34, des Heizungsvorlaufwassers
38, des Heizungsrücklaufwassers 33 und des Kesselrücklaufwassers
37 im wesentlichen gleich sind bzw. daß bei geringerem Druck die Querschnitte
entsprechend größer bemessen sind, so ergeben sich folgende Mischverhältnisse: Die
Hälfte des Rücklaufwassers von der Temperatur tR strömt in den Innenraum
35, während die andere Hälfte über den Außenraum 36 unmittelbar in
den Abgangsstutzen 38 fließt und sich dort zu dem im Innenraum
35 gebildeten Mischwasser beimischt. Der aus dem Kessel kommende Heißwasserstrom
teilt sich und fließt zur Hälfte in den Innenraum 35 und zur Hälfte zum Kessel
zurück. Die Beimischung erfolgt auch hier am Abflußstutzen 5, wo sich das
heiße Kesselwasser mit dem im Innenraum gebildeten Mischwasser mischt. Nimmt man
diese Verhältnisse an, so ist die Temperatur tv des Heizungsvorlaufes:
da sich das Wasser 38 aus drei Teilen Rücklaufwasser mit der Temperatur tR
und einem Teil Vorlaufwasser mit der Temperatur tKV zusammensetzt. Die Temperatur
tKR des Kesselrücklaufes ist:
da sich dieses Wasser aus drei Teilen Kesselvorlaufwasser und einem Teil Heizungsrücklaufwasser
zusammensetzt.
-
Bei der Stellung nach F i g. 7, d. h. in der »Zu«-Stellung,
besteht keine Verbindung mehr zwischen dem Heizkörperkreislauf und dem Kesselkreislauf.
Alle Öffnungen sind abgeschlossen, es kann deshalb auch kein Wasser zum Innenraum
35 strömen. Wird dieser Zustand längere Zeit aufrechterhalten, so erreicht
das Heizungswasser 33 die Raumtemperatur. Im Falle einer Schwerkraftanlage
wird dann die Zirkulation aufhören, während im Falle einer Anlage mit Umwälzpumpe
das kalte Wasser ohne weitere Wärmeabgabe umgepumpt wird. Das Wasser 34 hingegen
wird seine Zirkulation unter Schwerkraftwirkung aufrechterhalten, da ja der Kesselthermostat
die Kesseltemperatur annähernd konstant hält.
-
Die Verstellung des Schiebers wurde in Richtung »Zu« beschrieben.
Bei Verschiebung in Richtung »Auf« ist der Vorgang ähnlich. Würde der Drehschieber
so weit in Richtung »Auf « verstellt, wie es in F i g. 5 für die Richtung
»Zu« dargestellt ist, so wären die Temperaturen tv und tKR vertauscht. Selbstverständlich
sind auch beliebige Zwischenstellungen möglich.
-
Aus den Ansichten nach den F i g. 4, 6 und
7 ist auch noch eine besondere Gestaltung der Steuerkanten der Drehschieberstutzen
ersichtlich. Durch nach der Öffnung der Abflußstutzen hin gerichtete Einbuchtungen
40, 40' wird erreicht, daß nach dem ersten Überschneiden und zunehmender Verdrehung
des Drehschiebers rasch ein großer Öffnungsquerschnitt freigelegt wird.