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Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil mit mehreren Anschlüssen
für den Einlaß, den Auslaß, den Vorlauf zu und den Rücklauf von einem Verbraucher
und einem von einem gemeinsamen Antrieb verstellbaren Mehrfachdrosselkolben, der
in einer Mittelstellung den Durchfluß zum Verbraucher sperrt und dabei Einlaß und
Auslaß über einen Beipaß verbindet, während in der einen Endstellung der Verbraucher
zwischen dem Einlaß und einem ersten Auslaß eingeschaltet und in der anderen Endstellung
an einen zweiten Auslaß angeschlossen ist. Ein bekanntes Mehrwegeventil dieser Art
dient zur reversierbaren Einschaltung eines Wasserenthärters in einer Wasserversorgungsanlage.
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Bei der Klimaregelung moderner Gebäude wechseln die Perioden, in denen
die Räume geheizt oder gekühlt werden müssen, in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung
in relativ kurzen Abständen, weil insbesondere bei großen Fensterflächen der Einfluß
der Sonneneinstrahlung auf die Raumtemperatur beträchtlich ist. Vielfach kommt es
auch vor, daß die Räume auf der Sonnenseite gekühlt und die Räume auf der Schattenseite
des Gebäudes geheizt werden müssen. Klimaanlagen mit Mischbetrieb, bei denen also
sowohl ein Heizmittel als auch ein Kühlmittel, also beispielsweise Heißwasser und
Kaltwasser, ständig bereitgehalten und im Verhältnis der gewünschten Temperatur
gemischt werden, arbeiten unwirtschaftlich, weil das in der gemeinsamen Rücklaufleitung
vom Wärmeaustauscher fließende Wasser mittlerer Temperatur aufgeteilt und der eine
Teil von diesem mittleren Temperaturwert aus aufgeheizt und dem Heizmittelkreislauf
zugeführt und der andere Teil abgekühlt und dem Kühlmittelkreislauf zugeführt werden
muß. Um die Energiebilanz solcher Klimaanlagen zu verbessern, ist man deshalb zu
sogenannten Vierleitersystemen mit getrenntem Heizmittel-und Kühlmittelkreislauf
übergegangen, wobei jedoch zwei andere Schwierigkeiten auftreten. Erstens kühlt
sich bei längerem Kühlbetrieb auch das in der Warmwasserleitung stehende Wasser
allmählich ab, so daß bei einer nachfolgenden Umschaltung auf Heizbetrieb erst dieses
Warmwasser mit zu geringer Temperaur über den Wärmeaustauscher abfließen muß und
daraufhin Heißwasser mit der richtigen Vorlauftemperatur zum Wärmeaustauscher gelangen
kann. Dasselbe gilt natürlich für längere Zeit in den Kühlwasserleitungen stehendes
Kühlwasser während des Heizbetriebes. Auch das Kühlwasser nimmt allmählich die Raumtemperatur
an und muß also bei einer nachfolgenden Umschaltung auf Kühlbetrieb erst abfließen,
bevor die Kühlwirkung einsetzen kann. Der zweite Nachteil besteht darin, daß bei
den bisher bekannten Anlagen dieser Art für jeden der beiden Kreisläufe ein getrenntes
Ventil mit Antrieb erforderlich war, wodurch sich der Aufwand gegenüber den eingangs
geschilderten Dreileitersystemen beträchtlich erhöht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile durch eine neuartige
Ventilkonstruktion zu beseitigen, welche es mit einem einzigen Ventil ermöglicht,
daß in beiden Kreisläufen das Medium ständig strömt und somit jederzeit auf der
vorschriftsmäßigen Temperatur gehalten wird. Darüber hinaus soll das Ventil möglichst
einfach und robust aufgebaut sein.
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Gemäß der Erfindung ist das Ventil zum wahlweisen und regelbaren Anschluß
des Heizmittel- und des Kühlmittelkreislaufes an den Wärmeaustauscher mit zwei Einlässen
und zwei Auslässen versehen und der Mehrfachkolben derart ausgebildet, daß in der
Mittelstellung der Durchfluß zum Wärmeaustauscher gesperrt und der erste Einlaß
über die erste Beipaßleitung mit dem ersten Auslaß und der zweite Einlaß über eine
zweite Beipaßleitung mit dem zweiten Auslaß verbunden ist, während in der einen
Endstellung der Wärmeaustauscher zwischen den ersten Einlaß und den ersten Auslaß
und in der anderen Endstellung zwischen den zweiten Einlaß und den zweiten Auslaß
eingeschaltet ist. Dabei sind jeweils der Einlaß und der Auslaß, die nicht an den
Verbraucher angeschlossen sind, über die zugehörige Beipaßleitung miteinander verbunden.
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Geregelt wird jeweils der Anteil, welcher durch den Wärmeaustauscher
fließt. Der Rest fließt durch die Beipaßleitung. Eine Vermischung der beiden Medien
erfolgt nicht oder in nur unwesentlichem Ausmaß.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
eines für wahlweisen Heiz- oder Kühlbetrieb eingesetzten Mehrwegeventils an Hand
der F i g. 1 bis 5. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt.
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Das Ventil weist einen Kaltwassereinlaß 1, einen Kaltwasserauslaß
2, einen Warmwassereinlaß 3, einen Warmwasserauslaß 4 sowie zwei Anschlüsse 5 und
6 zur Verbindung mit dem nur schematisch dargestellten Wärmeaustauscher 7 auf. Ferner
ist bei der ersten Ausführungsform eine außerhalb des Ventilgehäuses 21 verlaufende
Kaltwasserbeipaßleitung 8 vorgesehen sowie ein im Inneren des Ventils verlaufender
Warmwasserbeipaß 9.
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F i g. 1 zeigt das Ventil in der einen Endstellung, in welcher der
im wesentlichen zylindrische Mehrfachkolben 22 durch einen nicht dargestellten Antrieb
von der Ventilstange 23 nach oben gegen den gehäusefesten Anschlag 24 gezogen ist.
Der Anschlag 24 wird durch eine in die obere Öffnung des Ventilgehäuses 21 eingesetzte
Buchse 25 gebildet, die zugleich als unteres Federwiderlager für die Stopfbuchsfeder
26 dient. Diese drückt mit ihrem oberen Ende den Federteller 27 gegen die Manschettendichtung
28. Die Teile 25 bis 28 sind durch eine einzige Stopfbuchsmutter 29 am Ventilgehäuse
21 befestigt und zentriert. In der aus F i g. 1 ersichtlichen oberen Endstellung
fließt Kaltwasser über den Einlaß 1 und die Beipaßleitung 8 zum Auslaß 2. Es gelangt
also nicht zum Wärmeaustauscher 7. Dieser ist vielmehr über die Rohrstutzen 3 und
4 an den Warmwasserkreislauf angeschlossen. Der Warmwasserbeipaß 9 zwischen den
beiden Rohrstutzen 3 und 4 ist durch den Teil 19 des Kolbens 22 verschlossen.
Wird aus dieser oberen Endstellung der Kolben vom Antrieb nach unten verschoben,
so verringert die zwischen dem Warmwassereinlaß 3 und dem Verbraucheranschlußstutzen
5 wirksame Regelkontur 35 in zunehmendem Maß den Durchflußquerschnitt zum Verbraucher
7, während gleichzeitig die Regelkontur 94 den Beipaß 9 zwischen dem Warmwassereinlaß
3 und dem Warmwasserauslaß 4 immer mehr öffnet. Der Durchfluß von Warmwasser durch
den Wärmeaustauscher 7 wird also gedrosselt und dabei die Gesamtmenge des das Ventil
durchfließenden Warmwassers durch zunehmendes öffnen des Beipasses 9 wenigstens
annähernd konstant gehalten. Bei der Bewegung des
Kolbens 22 aus
der in F i g. 1 gezeigten Lage nach unten gelangt dieser schließlich in die aus
F i g. 2 ersichtliche Mittellage, in welcher der zylindrische Teil 31 des Kolbens
den Durchlaß zum Stutzen 5 und damit zum Wärmeaustauscher 7 verschließt. Das Kaltwasser
fließt also vom Kaltwassereinlaß 1 nach wie vor über den Kaltwasserbeipaß 8 zum
Kaltwasserauslaß 2. Der Beipaß 8 verläuft in Form eines im wesentlichen U-förmig
gebogenen Rohres außerhalb des Kolbenhubraumes (vgl. F i g. 4). In der Mittelstellung
gemäß F i g. 2 fließt das Warmwasser vom Einlaß 3 über den im Inneren des Ventils
vorgesehenen Beipaß 9 zum Warmwasserauslaß 4. Auch der Warmwasserkreislauf ist also
in sich geschlossen. Eine Vermischung von Warm- und Kaltwasser erfolgt nicht, weil
im oberen Teil der zylindrische Teil 31
des Kolbens den Kaltwasser- vom Warmwasservorlauf
trennt und im unteren Teil der zylindrische Teil 19 den Warmwasserrücklauf vom Kaltwasserrücklauf.
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Wird der Kolben von der Stellung gemäß F i g. 2 ausgehend weiter nach
unten bewegt, so öffnet die Regelkontur 15 in zunehmendem Maß den Zufluß von Kaltwasser
vom Einlaß 1 zum Verbraucheranschlußstutzen 5, während gleichzeitig die am unteren
Ende des Kolbens vorgesehene Regelkontur 82 den Durchfluß von der Kaltwasserbeipaßleitung
8 zum Kaltwasserauslaß immer mehr drosselt. Wie man sieht, sind die den Durchfluß
durch die Beipaßleitungen beeinflussenden Regelkonturen 94 und 82 jeweils an der
Auslaßseite der Beipässe wirksam, während die den Durchfluß zum Wärmeaustauscher
7 steuernden Regelkonturen 15 und 35 in den Zuflußleitungen zum Wärmeaustauscher
liegen. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens 22 erreicht dieser schließlich
die aus F i g. 3 ersichtliche untere Endstellung, in welcher der Kaltwasserbeipaß
8 durch den zylindrischen Teil 18 des Kolbens gänzlich verschlossen und der
Durchfluß vom Kaltwassereinlaß 1 zum Wärmeaustauscher 7 und zum Kaltwasserauslaß
2 voll geöffnet ist. Das Warmwasser durchströmt den Beipaß 9, ohne zum Wärmeaustauscher
zu gelangen. Ebenso wie die obere Endstellung durch den Anschlag 24 ist auch die
untere Endstellung des Kolbens durch einen Anschlag definiert. Zu diesem Zweck ist
in ein Gewindeloch 32 im unteren Teil des Kolbens eine Schraube 33 eingesetzt und
durch eine Kontermutter 34 gesichert und liegt in der unteren Endstellung am Boden
35 des Ventilgehäuses an. Durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben der Schraube
33 in das Gewindeloch 32 läßt sich der Hub des Kolbens genau einstellen.
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Auch die Montage des Ventils ist denkbar einfach. Es braucht lediglich
der Kolben 22 in das Ventilgehäuse von oben eingesteckt und mittels eines Stiftes
36 mit der Ventilstange verbunden und nach Einlegen der Teile 25 bis 28 die Stopfbuchsmutter
29 auf das Gewinde 37 aufgeschraubt zu werden.
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In den F i g. 1 bis 3 sind die Anschlußstutzen 1 bis 6 in einer Ebene
liegend dargestellt. Dies ist aus Gründen möglichst einfacher Installation vielfach
unerwünscht. Deshalb sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie
in F i g. 5 gezeigt, der erste Ein- und Auslaß 1 und 2, der zweite Ein-und Auslaß
3 und 4, die Anschlüsse 5 und 6 und die äußere Beipaßleitung 8 rechtwinkelig zueinander,
kreuzförmig angeordnet und münden von einander gegenüberliegenden Seiten in das
Ventilgehäuse. Bezogen auf diese Ausführungsform sind in den F i g.1 bis 3 die Anschlüsse
1 und 2 um 90° versetzt dargestellt.
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Aus F i g. 4 ersieht man die Lage und Ausbildung der äußeren Beipaßleitung
8 für den Kaltwasserkreislauf. Diese ist auf der den Kaltwasseranschlußstutzen 1
und 2 gegenüberliegenden Seite in das Ventilgehäuse eingesetzt und mit diesem an
den Stellen 83 und 84 verlötet. Sowohl bei dem äußeren Beipaß 8
als
auch bei dem internen Beipaß 9 ist der Durchflußquerschnitt an der engsten Stelle
derart gewählt, daß der Druckabfall in der Beipaßleitung gleich dem Druckabfall
am Verbraucher ist. Zu diesem Zweck ist der Querschnitt im Bereich der Einmündung
85 bzw. 86 des Beipasses 8 in das Ventilgehäuse 21 geringer als der Innendurchmesser
der Beipaßleitung 8 selbst. Es bereitet keine Schwierigkeiten, durch Einsetzen einer
Drosselschraube od. dgl. in die Beipaßleitüng deren Durchflußquerschnitt dem unterschiedlichen
Druckabfall verschiedener Wärmeaustauscher anzupassen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt.
Diese zeichnet sich dadurch aus, daß der zweite Beipaß durch eine axiale Bohrung
80 im Kolben 22 gebildet wird. Die Einlaßöffnungen 81 dieser Bohrung
sind bei jeder Kolbenstellung vom ersten Einlaß 1 her zugängig. Sie werden durch
eine radiale Durchbohrung des Kolbens gebildet. Am unteren Ende ist in ein Gewindeloch
95 des Kolbens ein Gewinderohrstück 91 eingeschraubt, welches einerseits als Auslaßöffnung
93 für den zweiten Beipaß 80 und andererseits durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben
in das Gewindeloch 95 zur Hubbegrenzung dient. Das Gewinderohrstück 91 ist an seinem
freien Ende geschlitzt (96) und kann mit Hilfe eines Schraubenziehers in das Gewindeloch
95 eingeschraubt werden.
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Das Ventil ist in F i g. 6 in der Mittelstellung entsprechend F i
g. 2 dargestellt, wo sowohl der Kaltwasserkreislauf über den Einlaß 1, den zweiten
Beipaß 80 und den Auslaß 2 als auch der Warmwasserkreislauf über den Einlaß 3, den
Beipaß 9 und den Auslaß 4 geschlossen ist. Die Ausführungsform gemäß F i g. 6 hat
den zusätzlichen Vorteil, daß der Kolben von dem ihn durchströmenden Kaltwasser
gekühlt wird und hierdurch Verformungen der Sitz-und Führungsflächen infolge des
Heißwasserstromes weitgehend verhindert werden.
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In den Klimaanlagen für größere Gebäude oder Gebäudekomplexe werden
eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Ventile eingesetzt und parallel mit Kühl- und
Heizmittel versorgt. Insbesondere für diese Fälle ist es wichtig, daß der Druckabfall
im Ventil von der Ventilstellung möglichst unabhängig ist. Dies erreicht man durch
eine solche Bemessung der Beipaßleitungen, daß der Druckabfall in den Beipässen
etwa dem Druckabfall an dem an das Ventil angeschlossene Wärmeaustauscher entspricht.
Darüber hinaus ist es für die Dimensionierung und Auslastung der Umwälzpumpen in
den beiden Kreisläufen wichtig, daß der Heiz- und Kühlmitteldurchsatz möglichst
unabhängig von der Stellung der einzelnen Ventile konstant gehalten wird. Dies läßt
sich durch entsprechende Dimensionierung in den Beipaßzweigen des Ventils wirksamer
Regelkonturen erreichen.