DE1297428B - Sequenzventil fuer Vierleiter-Systeme - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Sequenzventil für Vierleiter-Systeme mit getrennten Vor- und Rücklaufleitungen für Heizmittel und Kühlmittel insbesondere für Klimaanlagen mit Induktionsgeräten, mit zwei Endstellungen, in denen jeweils der Verbraucher in den Heizmittelkreis bzw. in den Kühlmittelkreis eingeschaltet ist, während der andere Kreis über einen Bypaß geschlossen ist, und mit einer Mittelstellung, in welcher der Verbraucher abgetrennt ist und beide Kreise über ihren Bypaß geschlossen sind.
• Die bei Zwei- und Dreileitersystemen auftretenden Nachteile führten zum Vierleitersystem, bei welchem jeder Verbraucher, z. B. ein Klimakonvektor oder ein Induktionsgerät, für Kühl- und Heizmittel je einen Vor- und einen Rücklauf aufweist, so daß das Vierleitersystem eine kombinierte Anlage aus einem Zweileiterheizsystem und einem Zweileiterkühlsystem darstellt. Gegenüber dem Dreileitersystem vermeidet das Vierleitersystem jeglichen Mischungsverlust und löst auch die Druckhaltung in den Verteilnetzen auf einfache Weise, sofern ventilseitig eine Bypaßschaltung verwirklicht wird.
• Die bekannten Sequenzventile der eingangs angegebenen Art sind als Kolbenschieber mit einem inneren Warmwasserbypaß und einem äußeren Kaltwasserbypaß ausgebildet. Solche Kolbenschieber ergeben jedoch nur bei sehr sorgfältiger und entsprechend kostspieliger Herstellung eine befriedigende Abdichtung zwischen Heizkreis und Kühlkreis. Sie sind ferner empfindlich gegenüber Kalkablagerung und Verschmutzung. Schließlich ist ihre Baulänge beträchtlich.
• Bei Schaltventilen für Durchflußmesser ist es bereits bekannt, achsparallele, getrennt geführte Doppelventile mit einem gemeinsamen Antrieb über einen Waagebalken zu verwenden. Da diese bekannten Schaltventile aber so ausgebildet sind, daß sie die Durchflußmesser von den Wirkdruckleitungen abschalten und den an dem Meßgerät dann noch vorhandenen Wirkdruck ausgleichen, sind sie als Sequenzventile für Vierleiter-Systeme nicht geeignet.
• Es ist auch bekannt, einzelne Doppelventile, die aus einem Absperrventil und einem Dreiwegeventil bestehen, so auszubilden, daß das Dreiwegeventii stets vor dem Absperrventil schließt.
• Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Sequenzventils der eingangs angegebenen Art, das bei einfachem und raumsparendem Aufbau eine große Betiebssicherheit aufweist, unempfindlich gegenüber Kalkablagerung und Verschmutzung ist und in der Endstellung einen dichten Abschluß gewährleistet.
• Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an dem Ventilgehäuse zwei Kammern gebildet sind, an die je eine Leitung als Vorlauf bzw. als Rücklauf zu dem Verbraucher angeschlossen ist, daß zwischen diesen Kammern zwei an sich bekannte achsparallele, getrennt geführte Doppelventile mit einem gemeinsamen Antrieb angeordnet sind, daß jedes Doppelventil aus einem die Verbindung zwischen dem Vorlauf des betreffenden Kreises und einer Kammer steuernden Absperrventil und einem die Verbindungen zwischen dem Rücklauf des betreffenden Kreises und dem Bypaß bzw. der anderen Kammer steuernden Dreiwegeventil besteht, und daß jedes Doppelventil in an sich bekannter Weise so ausgeführt ist, daß das Absperrventil die Verbindung zu der einen Kammer früher schließt als das Dreiwegeventil die Verbindung zu der anderen Kammer.
• Bei dem erfindungsgemäßen Sequenzventil liegen die beiden den Kühlmittelkreis bzw. den Heizmittelkreis steuernden Doppelventile parallel nebeneinander, und jeder der beiden Kreise hat einen inneren Bypaß. Da die Steuerung des Durchflusses durch Ventile erfolgt, ist bei einfachem Aufbau ein dichter Abschluß gewährleistet und das Sequenzventil ist sehr unempfindlich gegenüber Kalkablagerung und Verschmutzung. Das Sequenzventil kann in sehr kompakter Bauweise ausgeführt werden.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigt F i g. 1 a schematisch das Sequenzventil in der einen Endstellung, z. B. für Heißwasserbetrieb, F i g. 1 b schematisch dasselbe Sequenzventil in der Neutralstellung, F i g.1 c schematisch dasselbe Sequenzventil in der anderen Endstellung, z. B. für Kaltwasserbetrieb, und F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine praktische Ausführung des Sequenzventils nach F i g. 1 a, 1 b und 1 c.
• Das in den F i g. 1 a, 1 b und 1 c schematisch dargestellte Sequenzventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einer oberen Kammer2 und einer unteren Kammer3. Die obere Kammer weist einen Anschluß 4 auf, an den eine zu einem Verbraucher 5 führende Leitung 6 angeschlossen ist. Ebenso weist die untere Kammer einen Anschluß 7 auf, an den eine zum gleichen Verbraucher führende Leitung 8 angeschlossen ist.
• Zwischen den Kammern 2 und 3 des Ventilgehäuses sind zwei Doppelventile 9 und 10 angeordnet, deren Ventilspindeln 11 und 12 achsparallel von einem auf einen gemeinsamen Waagebalken 13 wirkenden Antrieb 14 getrennt geführt sind. Zwei Sollwertfedern 15 und 16 wirken auf das obere Ende der Ventilspindeln 11 und 12, wobei im vorliegenden Beispiel die Vorspannkraft der Feder 16 größer als diejenige der Feder 15 ist, derart, daß der Antrieb 14 bei sinkender Heizleistung zuerst das Doppelventil 9 für den Heißwasserbetrieb schließt und dann bei steigender Kühlleistung das Doppelventil 10 für den Kaltwasserbetrieb öffnet.
• Die Doppelventile 9 und 10 sind mit je zwei Anschlüssen 17 und 18 bzw. 19 und 20 für die Primärkreise versehen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anschlüsse 17 und 18 mit der Zufluß-bzw. Rücklaufleitung zum Wärmeumformer und die Anschlüsse 19 und 20 mit der Zufluß- bzw. Rücklaufleitung zum Verdampfer verbunden sind.
• Bei der Betriebsstellung gemäß F i g. 1 a befindet sich die Ventilspindel 11 des Doppelventils 9 in der obersten Hubstellung. Das warme Vorlaufwasser tritt durch den Anschluß 17 in die obere Kammer 2 und gelangt über die Vorlaufleitung 6 zum Verbraucher 5. Das Rücklaufwasser tritt über die Leitung 8 in die untere Kammer 3 ein und fließt über Anschluß 18 in den nicht dargestellten Wärmeumformer. Das gesamte Vorlaufwasser fließt somit durch den Verbraucher. Der Kühlkreislauf des Doppelventils 10 ist über Zufluß 19 und Rücklauf 20 in sich geschlossen.
• Bei steigender Raumtemperatur bewegt sich der Antrieb 14 nach unten, wobei zunächst das Doppelventil 10 stehenbleibt, während das Doppelventil 9 nach unten bewegt wird, bis schließlich die in F i g. 1 b dargestellte Betriebsstellung erreicht ist. Darauf setzt regeltechnisch die sogeriannte »neutrale Zone« zwischen den Arbeitsbereichen beider Doppelventile 9 und 10 ein, um energieverbrauchende Fendelungen zwischen Warm- und Kaltwasserbetrieb zu vermeiden. In dieser neutralen Stellung sind beide Kreisläufe in sich geschlossen.
• Bei weiterhin steigender Raumtemperatur bewegt dann der Antrieb 14 das Doppelventil 10 nach unten, bis die in p' i g. 1 c dargestellte Stellung erreicht ist. Die Ventilspindel 12 befindet sich in ihrer untersten Ruhestellung. Das kalte Vorlaufwasser tritt durch den Anschluß 19 in die untere Kammer 3 und gelangt über die Vorlaufleitung 8 zum Verbraucher 5. Das Rücklaufwasser tritt über die Leitung 6 in die obere Kammer 2 ein und fließt über Anschluß 20 in den nicht dargestellten Verdampfer. Das gesamte Vorlaufwasser fließt somit durch den Verbraucher. Der Heizkreislauf des Doppelventils 9 ist über Zutluß 17 und Rücklauf 18 in sich geschlossen.
• Aus den F i g. 1 a, 1 b, 1 c geht hervor, daß beim Umschalten von Kalt- auf Warmwasserbetrieb oder umgekehrt eine Durchflußrichtungsänderung im Verbraucher 5 stattfindet.
• In allen Zwischenstellungen der Ventilspindeln 11 und 12 findet eine Vermischung des Vorlaufwassers mit dem Rücklaufwasser statt. Bei Warmwasserbetrieb bleibt das Doppelventil 10 und bei Kaltwasserbetrieb das Doppelventil 9 in der typaßstellung, in der jede Verbindung zu den beiden Kammern 2 und 3 unterbrochen ist. In der neutralen Stellung des Steilventils ist sowohl das Doppelventil 9 als auch das Doppelventil 10 in der Bypaßstellung. Damit sind Mischverluste oder zeitweise Instabilität der Regelung ausgeschlossen.
• Gegenüber der schematischen Darstellung des Sequenzventils in den F i g. 1 a, 1b un d 1 c zeigt das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 u. a. die Führung der Spindeln mit den Verschlußkörpern, die besondere Anordnung der Ventilsitze und den Ausgleich der Abstandsdifferenzen zwischen den Ventilsitzen und Verschlußkörpern.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in der F i g. 1. Im vorliegenden Fall ist ein pneumatischer Antrieb vorgesehen, der über eine Rollmembrane 21 auf eine zentrale Antriebsspindel 22 wirkt. Die Antriebskraft verteilt sich über den Waagebalken 13 auf die durch die Federn 15 und 16 dem Regelbereich entsprechend vorgespannten Ventilspindeln 11 und 12 der Doppelventile 9 und 10. Eine dritte Feder 23 dient zur Entlastung des Waagebalkens 13, wobei sich der jeweilige Nullpunkt mittels einer Mutter 24 einstellen läßt.
• Das Ventilgehäuse 1 besteht aus zwei Hälften, die wechselseitig zusammengeschraubt sind. In bezug auf den Mittelpunkt 25 sind sämtliche Teile, wie Ventilsitze, Verschlußkörper, Anschlüsse usw., punktsymmetrisch eingebaut. Da die Teile für die beiden Doppelventile 9 und 10 auswechselbar sind und die Funktion derselben im wesentlichen identisch ist, wird im folgenden nur das Doppelventil 9 näher beschrieben. Die entsprechenden Teile des Doppelventils 10 erhalten die gleichen Bezugszeichen mit Strich.
• Das obere Ende der in einer Lagerbüchse 26 geführten Ventilspindel 11 trägt ein auf die Schraubendruckfeder 15 wirkendes Joch 27. Die Feder 15 ist ihrerseits an einem Ansatz der Lagerbüchse 26 abgestützt.
• Das Doppelventil 9 besteht aus einem Absperrventil 28 und einem Dreiwegeventil29, die mit drei achsgleichen Ventilsitzen 31, 32 und 33 zusammenwirken, von denen die Ventilsitze 32 und 33 entgegengesetzt gerichtet sind. Das Absperrventil 28 weist einen Ventilkegel 34 auf, dessen Verschlußteil 33 in der oberen Endstellung der Ventilspindel 11 an einem Anschlag 30 anliegt und in der unteren Endstellung der Ventilspindel am axial verschiebbaren Ventilsitz 31 dichtend anliegt. Das Dreiwege-Ventil 29 weist ebenfalls einen Ventilkegel 36 auf, der aber dem oberen Ventilkegel 34 entgegengesetzt gerichtet ist, so daß dessen Verschlußteil37 am unteren Ende der Spindel 11 angeordnet ist. Wenn die Spindel 11 sich in der in p' 1 g. 1 a gezeigten oberen Stellung befindet, liegt der obere Rand des Verschlußteils 31 dichtend am Ventilsitz 32 an, während bei der Stellung der Spindel 11 gemäß E 1 g.1 b bzw. 1 c der untere Rand des Verschlußtells 37 mit dein Ventilsitz 33 dichtend zusanunenwirkt.
• Der Ventilsitz 31 des Absperrventils ist im Gehäuse verschiebbar gelagert, wobei eine axial angeordnete Schraubendruckfeder 38 den Ventilsitz mit dem erforderlichen Dichtdruck auf die untere Dichtfläche des Verschlußteil535 druckt. Diese Anordnung des Ventilsitzes 31 ermöglicht den Ausgleich der Abstandsdifferenz zwischen den Ventilsitzen und den Verschlußteilen. Dies hat zur Polge, daß das Absperrventil 28 stets vor denn Dreiwegeventil29 schließen kann, so daß das Rtlcklaufwasser vom Verbraucher 5 noch zurückfließen kann, während das Vorlaufwasser bereits direkt der Rücklaufleitüng zu- geführt wird. Das Absperrventi128 und das Dreiwegeventil29 bilden zusammen zwei köaxiale Räume, die nur in der obersten Hubstellung der Spindel 11 (F i g. 1 a) keine Verbindung miteinander haben, so daß das gesamte Vorlaufwasser direkt zum Verbraucher 5 fließt. In den Zwischenstellungen der Spindel zwischen den Stellungen gemäß F i g. 1 a und 1 b sind die beiden Räume miteinander verbunden, so daß ein Teil des Vorlaufwassers bereits mit dem Rücklaufwasser wieder zurückfließt. In der Neutralstellung gemäß F i g. 1 b sowie bei Kaltwasserbetrieb gemäß F i g. 1 c ist der Heizkreislauf über die Räume des Doppelventils in sich geschlossen.
• Die in F i g. 2 veranschaulichte Ausführungsform kann in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden, ohne daß vom Grundgedanken abgewichen wird. Beispielsweise kann das Regelventil mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet werden. Ferner ist es klar, daß die Anwendung des Sequenzventils nicht auf Klima-Anlagen beschränkt ist, vielmehr ist das Sequenzventil überall dort brauchbar, wo zwei Ventile mit zugeordneten Arbeitsbereichen und vorbestimmter Funktionsumkehr in sogenannter Folgeschaltung eingesetzt werden können.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Sequenzventil für Vierleiter-Systeme mit getrennten Vor- und Rücklaufleitungen für Heizmittel und Kühlmittel, insbesondere für Klimaanlagen mit Induktionsgeräten, mit zwei Endstellungen, in denen jeweils der Verbraucher in den Heizmittelkreis bzw. in den Kühlmittelkreis eingeschaltet ist, während der andere Kreis über einen Bypass geschlossen ist, und mit einer Mittelstellung, in welcher der Verbraucher abgetrennt ist und beide Kreise über ihren Bypass geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilgehäuse (1) zwei Kammern (2,3) gebildet sind, an die je eine Leitung (6, 8) als Vorlauf bzw. als Rücklauf zu dem Verbraucher (5) angeschlossen ist, daß zwischen diesen Kammern (2, 3) zwei an sich bekannte achsparallele, getrennt geführte Doppelventile (9,10) mit einem gemeinsamen Antrieb (14) angeordnet sind, daß jedes Doppelventil (9,10) aus einem die Verbindung zwischen dem Vorlauf (17,19) des betreffenden Kreises und einer Kammer (2 bzw. 3) steuernden Absperrventil (28, 28') und einem die Verbindung zwischen dem Rücklauf (18,20) des betreffenden Kreises und dem Bypass bzw. der anderen Kammer (3 bzw. 2) steuernden Dreiwegeventil (28, 291 besteht, und daß jedes Doppelventil (9,10) in an sich bekannter Weise so ausgeführt ist, daß das Absperrventil (28, 28') die Verbindung zu der einen Kammer (2 bzw. 3) früher schließt als das Dreiwegeventil (29,29) die Verbindung zu der anderen Kammer (3 bzw. 2).
2. 2. Sequenzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) aus zwei Hälften besteht, wovon jede eine der Kammern (2,3) enthält, daß die achsparallelen Doppelventile mit umgekehrter Funktion punktsymmetrisch (25) eingebaut und derart mit den Kammern (2,3) verbunden sind, daß beim Umschalten von Heiz- auf Kühlbetrieb oder umgekehrt die Durchflußrichtung im Verbraucher (5) geändert wird, daß jede Hälfte einen zentralen Anschluß (4,7) zum Verbraucher (5) und je einen Anschluß (17,20 bzw. 18,19) jedes der beiden Kreise aufweist.
3. 3. Sequenzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (14) in an sich bekannter Weise einen in der Mitte mit einer Antriebsspindel (22) und an den Enden mit den achsparallelen Ventilspindeln (11,12) der Doppelventile (9,10) verbundenen Waagebalken (13) aufweist und daß jede Ventilspindel (11,12) mittels einer Feder (15, 16) eine dem Arbeitsbereich des zugeordneten Doppelventils (9,10) entsprechende Vorspannung erhält.
4. 4. Sequenzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Doppelventil (9,10) drei achsgleiche Ventilsitze (31, 32, 33; 31', 32', 33') enthält, von denen die beiden äußeren an den Verbindungen zu den beiden Kammern (2,3) und der mittlere zwischen Vor-und Rücklauf des betreffenden Kreises liegen, daß an jeder Ventilspindel (11,12) zwei Verschlußteile (35, 37; 35', 37') befestigt sind, von denen das eine Verschlußteil (35, 35') als Absperrventil vor dem einen äußeren Ventilsitz (31, 31') und das andere Verschlußteil (37, 37') als Dreiwegeventil zwischen den beiden anderen Ventilsitzen (32, 33; 32', 33') liegen, und daß zwischen den beiden Verschlußteilen (35, 37; 35', 37') an jeder Ventilspindel (11,12) zwei entgegengesetzt gerichtete Ventilkegel (34, 36; 34', 36') angebracht sind.
5. 5. Sequenzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Absperrventil (28, 28') gehörende äußere Ventilsitz (31, 31') gegen die Wirkung einer Feder (38, 38') verschiebbar gelagert ist.