DE1921204A1

DE1921204A1 - Verstellvorrichtung fuer Misch- und Verteilungsventile

Info

Publication number: DE1921204A1
Application number: DE19691921204
Authority: DE
Inventors: Peltola Pauli Jaakko; Airola Huugo Jorma
Original assignee: AIROLA HUUGO JORMA; PELTOLA PAULI JAAKKO
Current assignee: AIROLA HUUGO JORMA; PELTOLA PAULI JAAKKO
Priority date: 1968-04-26
Filing date: 1969-04-25
Publication date: 1969-11-13
Also published as: FI43023B; NO125018B; GB1225207A; SE333834B; FI43023C

Description

DJl. BERG DIPL.-ING. STAPF

β MÜNCHEN 2. HILBLESTRASSE

Dr. Barg Dipl.-Ing. Stopf, 8 MOndian 2, Hilble»lra6e 20 PATENTANWÄLTE 192 120A

Unser ZeichenVIl/Kr 18394 Datum £ 5ι

Anwaltaakten Ur. 18 394

Huugo Jorma Airola Abo / Finnland

Pauli Jaakko Peltola Abο / Finnland

Verstellvorrichtung für Misch- und Verteilungsventile

Di.e vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung für Misch- und Verteilungsventile in Wärmeträgerleitungen, mittels welcher die Verstellage einer

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Ventilspindel oder einem ähnlichen Ventilorgan beeinflußbar ist und die ein geschlossenes Gehäuse umfaßt, in welchem sich ein Bimetallelement befindet, das mittels von außen zugeführter elektrischer Energie erwärmt wird, wobei die beim Erwärmen und bei der Abkühlung des Bimetallelements auftretende Kraft dazu verwendet wird, die Verstelllage des Ventils mechanisch zu beeinflussen.

Bei bereits bekannten Verstellvorrichtungen von diesem Typ hat man in einem Gehäuse einen besonderen elektrischen Widerstand verwendet, oder man hat das Bimetallelement selbst als elektrischen Widerstand verwendet.

Im Rahmen der Erfindung sind diese Heizverfahren verbessert worden. Eine Verstellvorrichtung nach der Erfindung ist in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse der Verstellvorrichtung zum Zweck des Erwärmens des Bimetallelements eine elektrische Lampe untergebracht ist, deren Betrieb in an und für sich bekannter Weise mit Hilfe eines Thermostaten beeinflußt wird, der in dem Raum angebracht ist, der geheizt werden soll.

Trotz der scheinbaren Einfachheit der Erfindung lassen sich ". mittels derselben bedeutende Vorteile erreichen. Obwohl mehrere mit Hilfe von Bimetalleinrichtungen arbeitende

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Vorrichtungen zum Regeln von Ventilstellungen bekannt sind, haben diese keine allgemeine Anwendung erlangt. Gegenwärtig werden zur Verstellung von Ventilen fast ausschließlich elektrische Motoren und insbesondere sog. Schrittmotoren verwendet. Hierbei erzielt man recht gute Ergebnisse. So läßt sich die gewünschte (am Zimmerthermostaten eingestellte) Zimmertemperatur fortdauernd auf etwa ein halbes Grad ( ^0,5⁰O) genau einhalten, wobei die Ober- λ fläohentemperatur der Heizkörper um weniger als 5° schwankt. Solche Werte hat man mit den bekannten mit Hilfe von Bimetalleinrichtungen arbeitenden Verstellvorrichtungen für Ventile nicht erreicht. Mit derartigen Vorrichtungen wurde bestenfalls erreicht, daß die Oberflächentemperaturen der Heizkörper um 20 bis 30° 0 schwanken, was bei normalen Zimmertemperaturen gewöhnlich eine Schwankung der Zimmerlufttemperatur um ein Paar Grad beiderseits der eingestellten Temperatur zur Folge hat. Diese Werte sind zumindest in Räumen für Wohnzwecke groß, und deshalb haben " Bimetall-Verstellvorriohtungen nicht in größerem Maß in der Praxis Eingang gefunden, obgleich sie im übrigen, z.B. hinsichtlich des Anschaffungspreises, bedeutend günstiger als von einem elektrischen Motor angetriebene Mischventilkonstruktionen sind.

Durch die Erfindung ist es jedoch möglich, eine mit einer

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Bimetalleinrichtung arbeitende Verstellvorrichtung für Regelventile zu schaffen, mittels welcher man zumindest gleich gute Resultate wie mit einem Schrittmotor erreicht. ' Dessenungeachtet macht der Anschaffungspreis einer derartigen Vorrichtung nur einen Bruchteil des Preises eines Schrittmotors aus, womit eine bedeutende Ersparnis erzielbar ist. Zugleich ist zur Ventilregulierung wesentlich weniger elektrische Energie erforderlich, wodurch auoh die Energiekosten erheblich sinken.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Erläuterung von in der beigefügten Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen ersichtlich, wobei ausdrücklich bezug auf die Zeichnung genommen wird.

Fig. 1 zeigt schematisch ein System zum Transport von Wärme bei welchem die Erfindung j?ur Anwendung kommen kann.

Fig. 2 zeigt schematisch einen gegenwärtig allgemein verwendeten Typ eines Vierwegs-Mischventils, an dessen Verstellwelle eine Verstellvorrichtung nach der Erfindung zum Beeinflussen der Verstellage der Verstellwelle angeschlossen werden kann. '

Fig. 3 zeigt Ergebnisse von Vergleichsversuchen in Form eines Diagramms, aus welchem die durch die Erfin-

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dung erzielbaren Vorteile deutlich werden.

Pig. 4 und 5 zeigen in zwei Ansichten ein Ausführungsbeispiel einer Verstellvorrichtung nach der Erfindung.

In Pigο 1 ist schematisch ein System zum Transport und zur Abgabe von Wärme dargestellt, in welchem als Verstellvorrichtung für die Regelventile eine Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden kann; zu diesem System mit einem Kreislauf für den strömbaren Wärmeträger gehören ein Heizkessel K, zwei Mischventile 3 und 4» ein Belastungsnetz 5 und zwei Pumpen 1 und 2. Das Ventil 4 wird von einem Zimmerthermostaten T geregelt. Mittels einer im Punkt 7 erfolgenden Temperaturmessung wird die im Kessel K erzeugte Heizleistung geregelt. Das Verstellen der Ventile 3 und 4 erfolgte bisher allgemein mit Hilfe an den Ventilen angebauter elektrischer Servomotoren, von denen beispielsweise der Servomotor am Ventil 3 auf G-rund eines Befehlsimpulses von derjenigen Temperaturmessung, welche denselben steuert, das Ventil 3 so verstellt, daß ein geeigneter Teil des vom Kessel kommenden Wassers zurück in den Kessel und der übrige Teil in die Heizkörper geleitet wird. Die Verstellvorrichtung des Ventils 4 arbeitet, vom Zimmerthermostaten gesteuert, derart, daß den Heizkörpern oder dem Rohrsystem 5 außer Kesselwasser auoh ein größerer oder

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geringerer Teil des von den Heizkörpern zurückkehrenden Wassers zugeführt wird.

Eine Anordnung nach der Erfindung eignet sich z.B. zur Verwendung als Verstellvorrichtung für die Ventile 3 und 4. In Figo 2 ist schematisch ein Typ eines Vierweg-Ventils dargestellt, der gegenwärtig oft z.B. in Wärmeleitungs-

systemen für Villen u.dgl. Verwendung findet. Bei Anwendung eines solchen Ventils ist üblicherweise ein Regelventil hinreichend, und eine Verstellvorrichtung nach der Erfindung ist auch "besonders für Ventile von diesem Typ geeignet und gedacht. Bei der Konstruktion nach Pig. ist ein Ventilgehäuse 8 vorhanden, in welchem ein in seiner Lage verstellbarer Flügel 9 untergebracht ist, wobei man durch Verändern der Winkellage des letzteren Verteilung und Mischung des durch das Ventil fließenden Wassers in geeigneten Mengenverhältnissen erzielen kann.

In Fig. 3 ist in Gestalt eines Diagramms ein Versuchsergebnis gezeigt, welches die Vorteile veranschaulicht, die durch die Vorrichtung gemäß Erfindung erzielbar sind, wobei zum Erwärmen des Bimetallelements eine elektrische Lampe verwendet wird. Der Versuch wurde mit einer Verstellvorrichtung nach Fig. 4 und 5 ausgeführt, wobei die Länge der Bimetallspirale im Gehäuse 54,6 mm, ihre Breite

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20 mm und ihre Stärke 1,5 mm betrug. Bei dem Vergleichsversuch wurde beim einen Mal eine elektrische Lampe von 22 W und beim anderen Mal ein gewöhnlicher elektrischer Widerstand mit gleicher Leistung verwendet, welch letzterer den Vorschriften gemäß mit einer möglichst dünnen Schicht eines keramischen Stoffes überzogen ist. Die voll ausgezogene Linie a gibt die Kurve für die elektrische Lampe wieder, die in erster Linie linsenförmige Gestalt aufweist. Die strichpunktierte Linie ist diejenige Kurve, welche der elektrische Widerstand liefert. Als Ordinaten dienen bei den Kurven links die Temperatur der Bimetallepirale in Celsiusgraden sowie der Öffnungswinkel des Ventils nach Pig. 2 in Grad. Diese Werte sind als Funktion der Zeit dargestellt worden, und zwar ist zuerst der Strom der elektrischen Lampe bzw. des elektrischen Widerstands während 20 Minuten eingeschaltet gewesen, worauf eine gleichlange Abkühlungszeit folgte.

Beim Vergleichen der Kurven a und b sieht man sofort, daß mittels der elektrischen Lampe bedeutend schnellere Korrekturbewegungen der Ventilverstellung bewirkt werden können und zwar sowohl im Fall des Einschaltens des Lampenstroms als auch in dem Fall,daß die Lampe erlischt und die Bimetallspirale beginnt, sich abzukühlen. Dieser Umstand ist sehr wesentlich dafür, sowohl die Zimmertemperatur als

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auch die Oberflächentemperatur der Heizkörper möglichst . ^:' gleichmässig zu halten. .

Es konnte auch festgestellt werden, daß eine allzu langsam einsetzende Versteirbewegung "bei dem gesamten Wärmeleitungssystem zu einer langsamen und kräftigen Wellenbewegung in der Regelung führt, wobei die Oberflächentemperatur der Heizkörper in Perioden von 1 bis 2 Stunden um ' ' 20 bis 30⁰C variieren kann, wobei auch die Zimmertemperatur in unzulässigem Maß schwankt.

Allerdings ist bei allen Mischventilen eine gewisse Anfangsträgheit vorhanden, die davon herrührt, daß zwischen dem Flügel 9 des Mischventils und der Welle eine Reibung auftritt, die gerade bei RichtungswechBel der Verstellbewegung die größten Schwierigkeiten hervorruft. Dieser Übelstand läßt sich indessen in befriedigendem Maß beheben, indem man die Verstellvorrichtung mit einer sehr kräftigen Bimetallspirale versieht.

Ein gewöhnlicher elektrischer Widerstand (vgl. Kurve b) verursacht in der Verstellbewegung eine beträchtliche Anfangsverzögerung, was darauf zurückzuführen ist, daß der ·■ Widerstand stets notwendigerweise mit einem keramischen Überzug oder sonstigem Schutz versehen sein muß. Hierbei

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ist für die anfängliche Erwärmung des Widerstandselements und seines Schutzes eine erhebliche Zeitdauer erforderlich und die Wärme tritt erst allmählich, vorwiegend durch Konvektion, von demselben auf die Bimetallspirale über, deren Temperatur verhältnismäßig langsam anzusteigen beginnt, woraus eine entsprechend langsame Anfangsbewegung bei der "Verstellung erfolgt. Der Charakter der Wärmeübertragung bewirkt unter anderem,ν daß die Temperatur des Bimetallelements die Innentemperatur im Gehäuse nicht nennenswert übersteigt, woraus wiederum eine anfänglich langsame Abkühlung der Bimetallspirale und eine entsprechend anfänglich langsame Verstellbewegung folgt.

Eine entscheidende Verbesserung wird erzielt, wenn man nach der Erfindung eine elektrische Lampe verwendet und fernerhin ihre Wirksamkeit steigert, indem man das Gehäuse innen mit einer Auskleidung versieht, welche die Wärmestrahlung in hohem Grad zurückwirft. Außerdem ist es vorteilhaft, die Bimetallspirale zu schwärzen. Der Glühdraht der elektrischen Lampe erreicht unverzüglich volle Betriebstemperatur, und die von der Lampe erzeugte elektrische Energie .wird zumindest zu Beginn fast gänzlich in der Form von Strahlungswärme auf die Bimetallspirale übertragen, deren anfängliche Erwärmung bemerkenswert schnell vor sich geht. Bei Verwendung einer elektrischen Lampe erreicht überdies die

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Bimetallspirale eine Endtemperatur, die ca. 2O?6 höher _:, als die Innentemperatur im Gehäuse ist, was ganz beträchtliche Bedeutung für eine Beschleunigung der bei der Abkühlung eintretenden Verstellbewegung besitzt, wenn die lampe erlischt.

In der Praxis bringt das Verwenden einer elektrischen Lampe außerdem einen weiteren bedeutenden Vorteil mit sich, der die Wartung der Verstellvorrichtung'betrifft. Bs kann nämlich leicht das Gehäuse" der Verstellvorrichtung mit einem kleinen durchsichtigen Fenster versehen werden, wobei man dann fortlaufend beobachten kann, daß die Lampe in Ordnung ist und abwechselnd aufleuchtet und erlischt. Bei Ausfall der Lampe kann dieselbe sehr einfach von Jedermann ausgewechselt werden. Handelt es sich dagegen um einen elektrischen Widerstand, der durchgebrannt oder sonstwie beschädigt worden ist, so ist zu dessen Auswechseln ein Fachmann notwendig, und hierbei beansprucht das Herbeirufen eines solchen gegebenenfalls Zeit, woneben dies auch auf längere Sicht erhebliche zusätzliche Kosten verursacht.

I¹Xg. 4 und 5 zeigen in zwei Ansichten ein Ausführungsbeispiel einer Verstellvorrichtung nach der Erfindung,, Zur Verstellvorrichtung gehört ein hohles Gehäuse 15, in

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welchem eine Bimetallspirale 14 angeordnet ist, deren inneres Ende an einer Welle 22 befestigt ist. Die Verateilbewegung dieser Welle wird -weiter auf die Ventilspindel 18 einer Kupplung 19»20 übertragen. Diese Kupplung arbeitet ala Kardangelenk in dem Fall, daß die Wellen und 18 einen kleinen Winkel miteinander bilden. Hierdurch wird unnötige Reibung vermieden, die z.B. infolge unrichtig ausgeführten Einbaus die Funktion der Verstellvorrichtung beeinträchtigen kann. Das äußere Ende der Bimetallspirale ist an einem beweglichen Bogenstück 11 zwischen zwei Vorsprüngen 12 an demselben befestigt. Das Bogenstück 11 kann mit Hilfe einer Schraube 10 in einer gewünschten Lage festgestellt werden, die außen an der Verstellvorrichtung durch eine mit Glas versehene längliche öffnung 21 durch Angabe eines Zeigers 15 sichtbar ist. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann das äußere Ende der Bimetallspirale an verschiedenen Stellen am Bogenstück befestigt werden. Diese Einstellmöglichkeit ist in der Praxis kaum notwendig, mit Ausnahme von gewissen Anwendungsfällen bei der vorbereitenden Montage.¹ Dagegen kann man durch Verschieben des Bogenstücks 11 während des Betriebs der Verstellvorrichtung eine gewisse Grundeinstelluhg beeinflussen. Hierfür ist in erster Linie die Höhe der Temperatur in der Umgebung des Gehäuses maßgebend. Z.B. betrug

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bei dem Versuch nach. Fig. 3 die Anfangstemperatur in der _; ^;' Umgebung des Gehäuses und somit auch im Gehäuse 4O⁰C, was" .' der durchschnittlichen Temperatur in einem gewöhnlichen . ' Kesselraum entsprechen dürfte und was der Grundstellung des " ■ in Fig. 4- und 5 gezeigten Bogenstückes 11 entspricht, au« welcher dieses ebensoweit nach rechts wie nach links verschwenkt werden kann.

" Die Bezugsziffer 17 bezeichnet die Stelle, an welcher die elektrische Leitung in das Gehäuse 15 eingeführt ist. Die elektrische Lampe im Gehäuse ist mit 16 bezeichnet, und sie kann von üblichem Typ sein, wobei von der von ihr erzeugten Leistung (in der Regel sind 20-25 W erforderlich) ca. 97 ?6 in Wärme umgewandelt werden. Indessen empfiehlt sich die Anwendung einer Sonderlampe mit längerer Lebensdauer, wobei 99#'d#r Leistung in Wärme übergehen.

' Beispielsweise durch das Skalenfenster 21 hindurch kann man leicht beobachten, daß die Lampe 16 abwechselnd aufleuchtet und erlischt. In der Praxis findet dies 4- bis 12 mal in der Stunde statt.

Me Erfindung ist natürlich keineswegs auf das gezeigte ₍ ·- und beschriebene Beispiel beschränkt. Vielmehr kann die

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Konstruktion einer Verstellvorrichtung nach der Erfindung in verschiedenen Einzelheiten variieren.

Einer der größten Vorteile einer Verstellvorrichtung nach der Erfindung besteht in. ihrer einfachen Konstruktion und dem daraus folgenden niedrigen Anschaffungspreis sowie der hohen Betriebssicherheit. Dessen ungeachtet kann die Vorrichtung hinsichtlich der Regelgenauigkeit mit bedeutend kostspieligeren und komplizierteren Vorrichtungen dieser Art konkurrieren.

- 14 Pat entansprüohe

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Claims

Patentansprüche

f 1

( 1.J Verstellvorrichtung für Misch- und Verteilungsventile in Wärmeträgerleitungen zur Verstellung der Ventilspindel oder eines ähnlichen Organs mit einem geschlossenen Gehäuse, in welchem sich ein Bimetallelement befindet, das mittels von außen zugeführter elektrischer Energie erwärmt wird, wobei die bei Erwärmung und Abkühlung des Bimetallelements erzeugte Kraft zur mechanischen Verstellung des Ventils dient, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (15) der Verstellvorrichtung zum Erwärmen des Bimetallelements (14) eine elektrische Lampe (16) vorgesehen ist, deren Betrieb in an und für sich bekannter Weise mit Hilfe eines in dem zu erwärmenden Raum angeordneten Thermostaten gesteuert wird.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- \ net, daß die Innenflächen des Gehäuses'(15) die Wärmestrahlung zu reflektieren vermögen.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Gehäuses (15) mit einer dünnen Aluminiumfolie ausgekleidet ist.

4. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da-

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durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) mit einem
durchsichtigen, verhältnismäßig kleinen Fenster versehen ist. · ' .

5. Verstellvorrichtung nach einerm der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Lampe (16) von jener Bauart ist, von deren Leistung mehr als 99 $> in Wärme umgewandelt werden.

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