DE1750188A1 - Regelventil fuer fluessige Waermetraeger - Google Patents
Regelventil fuer fluessige WaermetraegerInfo
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- G05D23/02—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature
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Description
- Regelventil für flüssige Wärmeträger Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil für flüssige Wärmeträger mit einem Betätigungsorgan für einen Ventilkörper und einem einen auf das Betätigungsorgan wirkenden Arbeitsdruck erzeugenden Temperaturfühler. Es sind Radiatorenventile für Warmwasserheizungen in Gebrauch, welche das Zu- oder Abstellen des warmen Wassers durch einen Drehhahn ermöglichen, der meist durch mehrere Umdrehungen am Ventil die Schliessung einleitet. Diese Ventile, die wie gewöhnliche Wasserhähne arbeiten, haben in den früheren Jahren den Ansprüchen genügt, da die meisten Heizungen auf dem Schwerkraftprinzip funktionierten. Bei dieser steigt das warme Wasser in einer Steigleitung auf, kühlt sich über dem Radiator ab und wird, an Gewicht schwerer, dem Ofen wieder zugeleitet.
- Moderne Heizungen arbeiten nicht mehr auf dem Schwerkraftprinzip, sondern mit einer Umwälzpumpe. Der Vorteil liegt darin, dass die Heizzuleitungen ohne Rücksichtnahme auf die physikalischen Bedingungen einer Schwerkraftzirkulation und auch in kleineren Dimensionen verlegt werden können als dies bei Schwerkraftheizungen möglich ist. Die Druckstei- gerung in dem Heizleitungssystem hat aber den Nachteil, dass die Regulierung der Radiatoren erschwert wird. Schon die kleinste, schwer einstellbare Oeffnung an einem Ventil genügt, um so viel Wasser durchzupressen, dass der Radiator die volle Wassertemperatur der Speiseleitung annimmt. Es sind automatisch arbeitende Ventile bekannt geworden, z.B. solche, die mit einem elektrischen Zimmerthermostat gesteu-ert werden, wobei die Ventile durch einen kleinen Synchron- motor auf und zu bewegt werden. Ferner sind Ventile bekannt, die mittels einer Ausdehnungsflüssigkeit oder durch Ausdehnungsstoffe, wie Gummi, eine teilweise Querschnittsverringerung des Ventils bewirken. Aber auch diese bekannten Ventile haben den Nachteil, dass eine Regulierung nur auf Grund grosser Temperaturschwankungen erreicht oder nur eine ungenügende Regulierung bewirkt wird, so dass ein stetiges Nachregulieren bei wechselnder Kessel- und Aussentemperatur erforderlich wird. Zudem sind Systeme mit elektromechanischen Hilfsmitteln, wie elektrischer Zimmerthermostaten, Elektromotoren, Magneten, welche eine lineare Bewegung erlauben, zu aufwendig, um als preisgünstige Produkte auch für den zivilen Wohnbedarf in Frage zu kommen.
- Wenn die Zimmertemperatur in einer Grössenordnung von bei- spielsweise ±1o C gehalten werden soll, und das auch bei schwankender Kesseltemperatur, dann muss auch der Schieber innerhalb dieser Temperaturspanne voll öffnen oder schliessen. Die vorliegende Erfindung soll die Lösung dieser Aufgabe ermöglichen.
- Erfindungsgemäss ist das Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Federn unterschiedlicher Federkonstante, von welchen Federn die eine fest abgestützt ist und die andere vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist, ein als Stössel für das Betätigungsorgan vorgesehenes Verstellglied angeordnet ist, dessen Länge, zur Erzielung einer Schwebelage des Betätigungsorganes für einen beliebigen Arbeitsdruck, einstellbar ist.
- Die Erfindung wird anschliessend an Hand von Firguren beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel des Regelventils, Fig. 2 eine teilweise perspektivische Ansicht des Durchfluss-Steuerorgans, Fig. 3 in Draufsicht und teilweisem Schnitt das in ein Gehäuse eingebaute Regelventil von Fig. 1 in einer weiteren Ausbildung.
- Gemäss Fig. 1 und 2 steht der gezahnte Teil 2 eines Rohres 1 im Eingriff mit einem Ritzel 3, das durch eine axiale Bewegung des Rohres 1 in eine Drehbewegung versetzt wird. Das Ritzel 3 sitzt auf einer Welle 4, mit welcher ein Drehschieber 5 verbunden ist. Der Drehschieber 5 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Dreiweghahn ausgebildet, welcher einen flüssigen, durch eine Rohrleitung E einströmenden Wärmeträger in seiner einen Endstellung durch eine Rohr- leitung R und in seiner anderen Endstellung durch eine Rohrleitung B leitet. Beispielsweise ist E die Speiselei- tung einer Warmwasserheizung, R die Leitung zu einem Radi- ator R und B eine Bypassleitung.
- Auf der Welle 4 sitzt ein Handrad 8, mit welchem der Dreh- Schieber 5 von Hand verstellt werden kann. Um solche Ver- stellung unabhängig von dem auf das Ritzel 3 einwirkenden Rohr 1 vornehmen zu können, ist zwischen dem Ritzel 3 und der Welle 4 eine Innenverzahnung 7 vorgesehen, mit welcher das Ritzel 3 aus dem Eingriff des gezahnten Teiles 2 her- ausgeschoben werden kann. Das Handrad 8 ist mit einer.Anzeigescheibe 9 versehen, aus deren Stellung jederzeit die Lage des Drehschiebers 5 ersichtlich ist. Das als Betätigungsorgan für den Drehschieber 5 wirkende Rohr 1 liegt zwischen zwei festen Gehäuseteilen 1l und 14, wobei es im Gehäuseteil 11 gleitend*angeordnet ist. Eine erste, im gezeigten Ausführungsbeispiel auf Druck bean- spruchte Feder 17, ist zwischen dem oberen Ende des Rohres 1 und dem festen Gehäuseteil 14 angeordnet. Das Rohr L ist mit einer Gewindehülse 15 versehen, auf welche die Feder 17 aufliegt. Die Gewindehülse 15 steht im Eingriff mit dem Gewinde 16 des Rohres 1 und ist auf diesem drehbar. Hierzu ist die Gewindehülse 15 mit einer Verlängerung 19 versehen, auf welcher ein Handeinstellknopf 18 befestigt ist. Durch nicht dargestellte Mittel ist das Rohr 1 am Drehen verhindert, so dass sich beim Drehen des Einstellknopfes 18 das Rohr 1 auf und ab bewegen kann. Zur Steuerung des Rohres 1 und damit des Drehschiebers 5 ist in an sich bekannter Weise ein Temperaturfühler 21 vorgesehen, in .welchem beispielsweise ein Flüssigkeit unter dem Einfluss der Umgebungstemperatur Volumänderungen erfährt und dadurch einen mit dieser Temperatur veränderlichen Arbeitsdruck erzeugt. Der Temperaturfühler 21 ist mittels einer Kapillare 22 mit dem Regelventil verbunden. Die Kapillare 22 mündet in ein, mit dem festen Gehäuseteil 11 verbundenes Gefäss 25, das durch die Scheibe 35 dicht abgeschlossen ist. Mit der Scheibe 35 ist ein Arbeitsbalg 23 verbunden, auf welchen der Flüssigkeitsdruck des Temperaturfühlers 21 wirkt. Das freie Ende des Arbeitsbalges 23 ist mit einem durch die Scheibe 35 geführten, in das Innere des Rohres 1 ragenden axialen Bolzen 24 versehen. Zwischen dem Bolzen 24 und einem aus einem Gewindebolzen 29 und einer Gewindehülse 30 bestehenden Verstellglied ist eine zweite Druckfeder 28 angeordnet. Hierbei ist die Gewindehülse 30 und damit die Feder 28 gegen die obere Stirnseite des Rohres 1 abgestützt. Der Gewindebolzen 29 und die Gewindehülse 30 sind mit einem Steilgewinde ausgerüstet. Die Gewindehülse 30 ist zudem mit einer Achse 33 versehen, welche koaxial in der Verlängerung 19 der äusseren Gewindehülse 15 angeordnet ist und in einen vierkantig ausgebildeten Teil ausmündet. Beim Drehen des Einstellknopfes 18 wird demnach die Gewindehülse 30 ebenfalls gedreht. Da der Gewindebolzen 29 durch einen Stift 31, der in eine Längsnut eingreift, gegen eine Verdrehung gesichert ist, bewirkt ein Drehen des Einstellknopfes 18 eine axiale Bewegung des Gewindebolzens 29 und damit eine veränderliche Kraft auf die Feder 28. Der Bolzen 24 des Arbeitsbalges 23 ist ferner mit dem,Gewindebolzen 29 durch eine Schraube 32 verbunden, deren Schaft im Gewindebolzen 29 gleitend angeordnet ist.
- Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist die folgende: In der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet sich das Rohr 1, welches das Ritzel 3 des Drehschiebers 5 betätigt in der Schwebe zwischen der gegen den festen Gehäuseteil 14 abgestützten, oberen Feder 17 und der unteren Feder 28, deren Abstützung gegen den festen Gehäuseteil 11 über den beweglichen Arbeitsbalg 23 und das Verstellglied 29, 30 erfolgt. In dieser dargestellten Stellung ist der Drehschieber 5 auf Durchgang des flüssigen Wärmeträgers von der Rohrleitung E in die Rohrleitung R, also beispielsweise auf Durchgang des Warmwassers von der Speiseleitung zum Radiator gestellt. Dehnt sich nun die Flüssigkeit im Temperaturfühler 21 infolge einer Erhöhung der Umgebungstemperatur aus, so drückt der Arbeitsbalg 23 über den Bolzen 24 auf die Feder 28 und stösst damit über das Verstellglied 29, 30 das Rohr 1 nach oben. Durch diese Bewegung wird der Drehschieber 5 über das Ritzel 3 im Uhrzeigersinn gedreht, so dass der flüssige Wärmeträger nun in die Rohrleitung B, bei einer Warmwasserheizung also in die Bypassleitung, fliesst. Diese Bewegung geht vor-sich, bis entweder die Kraft der nunmehr weiter zusammengedrückten Feder 17 gleich derjenigen der Feder 28 ist, die unter dem Einfluss des vom Fühler 21 ausgeübten Arbeitsdruckes steht, oder, falls die Summe der vom Arbeitsdruck und von der Feder 28 ausgeübten Kräfte grösser als die Kraft der Feder 17 ist, bis das Rohr 1 an einer die Feder 17 umschliessenden Hülse 34 anschlägt. Wird die den Temperaturfühler 21 beeinflussende Raumtemperatur geringer, dann zieht sich die Flüssigkeit im Temperaturfühler 21 zusammen und verringert die auf die Feder 28 ausgeübte Kraft. Es überwiegt nun die Kraft der Feder 17, so dass das Rohr 1 nach unten bewegt wird und der Drehschieber 5 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wodurch das Warmwasser wieder in die Radiatorleitung R fliesst. In der dem vollständigen Durchfluss in die Radiatorleitung R entsprechenden Stellung liegt das Rohr 1 an dem durch die Scheibe 35 gebildeten Anschlag an. Bei entsprechender Ausbildung des Temperaturfühlers 21 und Wahl der Fühlerflüssigkeit wird erreicht, dass sich das den Drehschieber betätigende Rohr 1 innerhalb eines kleinen, vom Temperaturfühler gemessenen Temperaturbereiches von beispielsweise flo C zwischen den beiden Anschlägen (Hülse 34, Scheibe 35) bewegt und dadurch bewirkt, dass das Warmwasser den Radiator und die Bypassleitung in jeder entsprechenden relativen Menge durchströmt, so dass die Raumtemperatur nur in engen Grenzen schwankt. Wird nun eine andere auf einen konstanten Wert geregelte Raumtemperatur gewünscht, so wird der Einstellknopf 18 des Regelventils entsprechend gedreht. Damit wird auch die Gewindehülse 30 gedreht und die gesamte Länge des aus der Gewindehülse 30 und dem Gewindebolzen 29 bestehenden Verstellgliedes verändert. Dies bewirkt, dass je nach der Drehrichtung des Einstellknopfes 18 die Feder 28 mehr zusammengedrückt oder entspannt wird. Im ersten Fall überwiegt die Kraft der Feder 28, so dass das Rohr 1 an den oberen Anschlag (Hülse 34) gestossen wird und der Drehschieber 5 auf die Bypassleitung R gedreht wird. Im zweiten Fall überwiegt die Kraft der Feder 17, welche das Rohr 1 an den unteren Anschlag (Scheibe 35) stbsst und den Drehschieber 5 auf die Radiatorleitung R dreht Eine Regelung des Ventils in Abhängigkeit geringer Schwankungen der Umgebungstemperatur des Temperaturfühlers 21 tritt nun erst ein, wenn sich die Raumtemperatur durch die Wirkung des sich in einer der beiden Endstellungen befindlichen Drehschiebers 5 soweit eingestellt hat, und sich soweit verändert hat, dass das den Drehschieber betötigende Rohr 1 zwischen den Federn 17 und 28 angenähert in Schwebe gehalten wird. Auch bei diesem neuen Arbeitsdruck des Temperaturfühlers liegt eine unverändert grosse Regelgenauigkeit vor, indem bereits für kleine Schwankungen der Raumtemperatur von beispielsweise ±1o C und die gewünschte mittlere Temperatur die durch den Radiator fliessende Warmwassermenge zwischen den möglichen Grenzen verändert wird. Die Federn 17 und 28 stellen demnach einen Kraftspeicher dar, der die durch eine gewünschte, in angenähert beliebigem Ausmass einstellbare Raumtemperatur bedingte Kraftänderung auf das Betätigungsorgan (Rohr 1) für den Drehschieber 5 aufnimmt, ohne die Regelgenauigkeit zu vermindern. Vorteilhaft wird dabei eine Uebersetzung der hin- und hergehenden Bewegung des Rohres 1 gegenüber der Steuerkante 6 des Schiebers 5 angestrebt. Zur Einstellung bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Regelventiles bzw. der Warmwasserheizung wird mittels der in Fig. 2 dargestellten Zahnradkupplung 7 das Ritzel 3 aus dem Eingriff mit dem gezahnten Teil 2 des Rohres 1 k herausgeschoben und-mittels des Handrades 8 der Dreh-Schieber 5 in eine Mittelstellung gebracht. Hierauf wird der Raum geheizt. Nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes wird die Raumtemperatur mit einem Thermometer gemessen. Die gemessene Temperatur wird nun am Handeinstellknopf 18 in Verbindung mit einer auf dem festen Gehäuseteil 14 angebrachten Temperaturskala eingestellt und alsdann das Ritzel 3 wiederum mit dem gezahnten Teil 2 gekuppelt. Damit ist das Regelventil betriebsbereit und zeigt auf der erwähnten Temperaturskala die Raumtemperatur an. Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Drehschieber 5 ist als Dreiweghahn ausgebildet. Um ein progressives.Ansteigen der in die Rohrleitung R, also ein Radiator, fliessenden Wassermenge beim Drehen des Drehschiebers 5 und eine günstige Dosierbarkeit zu erzielen, ist der Schlitz 6 des Drehschiebers 5 dreieckförmig ausgebildet. Eine so ausgebildete Durchschlagsöffnung lässt anfänglich nur sehr wenig Wasser durchfliessen, was die Regelung durch das Ventil erleichtert. Die gleiche Wirkung kann auch durch andere Massnahmen erzielt werden, beispielsweise, indem die Lagerbüchse, welche den Drehschieber 5 aufnimmt, mit einem entsprechenden Loch versehen wird. Durch die Ueberlappung der beiden Oeffnungen im Drehschieber und in der Lagerbüchse kann eine Querschnittsform erreicht werden, die ein progressives Ansteigen der Durchflusamenge ermöglicht. Um weitgehend zu verhindern, dass Wärme vom Gehäuse des Regelventils, das angenähert die Temperatur des flüssigen Wärmeträgers annimmt, auf den Arbeitsbalg und auf die den Arbeitsbalg umgebende Fühlerflüssigkeit übertragen wird, ist zwischen dem Gehäuseteil 11, dem Arbeitsbalg 23 und dem Rohr 1 eine Kunststoffzwischenlage 12 angebracht, in welcher das Rohr 1 gleitet. Damit wird verhindert, dass sich bei schwankender Kesseltemperatur und damit schwankender Wärmeträgertemperatur Temperaturdifferenzen auf den Arbeitsbalg auswirken und die Regelgenauigkeit herabsetzen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist im Temperaturfühler 21 ein im Schnitt gezeigter Regulierbalg 46 angeordnet. Dieser Regulierbalg dient zur Beeinflussung des Arbeitsbalges und damit des Durchf lusssteuerorgans. Mittels einer Schraube 47 kann der Regulierbalg 46 verstellt werden, wodurch sich über die Kapillare 22 der Arbeitsdruck auf den Arbeitsbalg 23 verändern lässt. Diese Verstellmöglichkeit des Regulierbereiches des Regelventiles ist
dann von Vorteil, wenn sich da. n^gulierventil in einer - Durch entsprechende Wahl der Durchmesser dieser Zahnräder lässt sich ein gewünschtes Uebersetzungsverhältnis zwischen den Drehbewegungen des Ritzels 3 und des Zahnrades 40 des Drehschiebers erzielen. Das auf der Welle des Drehschiebers sitzende Handrad 8 ist wiederum mit einer Anzeigescheibe 9 zur Kontrolle der Stellung des Drehschiebers versehen. Durch Drücken eines nach aussen stehenden Knopfes 41 kann das Zwischenzahnrad 40 ausgekuppelt werden, so dass eine Handverstellung des Drehschiebers mittels des Handrades 8 möglich wird, wie dies beim erstmaligen Einregeln des Regelventiles erforderlich ist.
- Der Temperaturfühler 21 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine vergrösserte wärmezuführende Oberfläche in Form von Rippen 42 auf. Diese Rippen dienen gleichzeitig zur Halterung des Temperaturfühlers 21 in einer Grundplatte 43. Das beschriebene Regelventil kann auch als Mischbatterie zur Mischung von Warm- und Kaltwasser verwendet werden. Bei dieser Anwendung dient als Kaltwasserzuführung die Rohrleitung B. Das warme Wasser strömt über die Leitung R über das Ventil, während das Mischwasser in der Rohrleitung E ausfliesst. Der Temperaturfühler, der den für die Konstanthaltung des Mischwassers benötigten Arbeitsdruck erzeugt, steht in diesem Falle mit der Mischwasserleitung E in Wärmekontakt.
Claims (2)
- P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Regelventil für flüssige Wärmeträger mit'einem Betätigungsorgan für einen Ventilkörper und einem einen auf das Betätigungsorgan wirkenden Arbeitsdruck erzeugenden Temperaturfühler, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Federn unterschiedlicher Federkonstante, von welchen Federn die eine fest abgestützt ist und die andere vom Arbeitsdruck beauf schlagt ist, ein als Stössel für das Betätigungsorgan vorgesehenes Verstellglied angeordnet ist, dessen Länge zur Erzielung einer Schwebelage des Betätigungsorganes für einen beliebigen Arbeitsdruck einstellbar ist.
- 2) Regelventil nach Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder 17 zwischen einem festen Gehäuseteil 14 und dem Betätigungsorgan 1 und die zweite Feder 28 zwischen dem freien Ende eines an einem weiteren festen Gehäuseteil 11 montierten Arbeitsbalges 23, auf welchen der Temperaturfühler 21 einwirkt, und dem gegen das Betätigungsorgan l abgestützten Verstellglied 29, 30 angeordnet sind. 3) Regelventil nach Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan 1 einen gezahnten Teil 2 aufweist, der in ein mit dem Ventilkörper 5 wirkverbundenes Ritzel 3 eingreift. 4) Regelventil nach Patentanspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan ein mit einem gezahnten Teil versehenes zylindrisches Rohr 1 aufweist, das in einem festen Gehäuseteil 11 gleitend angeordnet ist. 5) Regelventil nach Patentanspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel 3 durch eine ausrückbare Kupplung 7 mit einer ein Handrad 8 und eine Anzeigescheibe 9 tragenden Welle 4 des Ventilkörpers 5 verbunden ist. 6) Regelventil nach Patentanspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel 3 über mindestens ein weiteres Zahnrad 4 mit dem Ventilkörper 5 wirkverbunden ist, um ein entsprechendes Uebersetzungsverhältnis zwischen den Drehbewegungen des Ritzels 3 und des Ventilkörpers 5 zu erzielen. 7) Regelventil nach den Patentansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr 1 mit einer drehbaren Gewindehülse 15 versehen ist, auf welche die erste Feder 17 aufliegt. 8) Regelventil nach den Patentansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder 28 und das Ver-Stellglied 29, 30 im Innern des zylindrischen Rohres 1 angeordnet sind. 9) . Regelventil nach Patentanspruch 2), dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellglied einen Gewindebolzen 29 und eine auf diesem drehbare Gewindehülse 30 aufweist. 10) Regelventil nach Patentanspruch 2), dadurch gekennzeich- net, dass zwischen dem Arbeitsbalg 23 und dem festen Ge- häuseteil 11 eine Kunststoffzwischenlage 12 angebracht ist, um einen Wärmeübergang vom Gehäuseteil 11 auf den Arbeitsbalg 23 zu vermeiden. 11) Regelventil nach Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler 21 mit einer einstellbaren elektrischen Heizvorrichtung 48 versehen ist. 12) Regelventil nach Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler 21 Rippen 42 aufweist, welche teilweise zur Halterung des-Temperaturfühlers 21 in einer Grundplatte 43 dienen. 13) Regelventil nach Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler 21 mit einem einstellbaren Regulierbalg 46 versehen ist.
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