DE19519106A1 - Drosselvorrichtung - Google Patents

Description

TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Drosselung eines Fluidstroms, z. B. zur Einstellung der durch einen Heizradiator strömenden Warmwassermenge, und besteht aus zwei zueinander beweglichen Einstellteilen, die so angeordnet sind, daß, wenn sie relativ zueinander bewegt werden, eine abhängig von der Bewegung variierende durchströmte Querschnittsfläche oder Profilgröße erzeugt wird.

ÄLTERE TECHNIK

Beim Anschließen von Radiatoren in ein Rohrleitungssystem zur Heizung mit Wasser als Wärmeträger sind für die einzelnen Radiatoren oft Drosseln erforderlich, mit deren Hilfe der Warmwasserstrom durch den einzelnen Radiator eingestellt werden kann, damit variierende Temperaturniveaus in den verschiedenen Teilen des Rohrleitungssystems, unterschiedliche örtliche Druckniveaus im Rohrleitungssystem und vergleichbare andere Faktoren, die die Wärmeabgabe des einzelnen Radiators beeinflussen, ausgeglichen werden können. Mit Hilfe der Drosseln wird die Wärmeabgabe des einzelnen Radiators von seiner Plazierung im System unabhängig gemacht.

Eine Drosselvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs ist in SE-B-412809 beschrieben. Diese Publikation zeigt ein Regelventil zur Regelung des Fluidstroms durch einen Radiator. In diesem Ventil ist konzentrisch um den eigentlichen Ventilsitz eine zylindrische Aussparung angeordnet, in den eine zylindrische Trennscheibe unter Abdichtung gegen die Wand der Aussparung versenkt werden kann. Die Trennscheibe weist eine V-förmige Aussparung auf, welche die Profilgröße definiert, die abhängig von der Längsposition der Trennscheibe im Verhältnis zur Aussparung variiert.

Die Konstruktion gemäß der genannten Publikation erlaubt eine genaue Einstellung der Profilgröße, erzeugt jedoch aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten, die im Drosselbereich selbst entstehen, verhältnismäßig hohe Geräuschpegel.

Es sind auch Drosselvorrichtungen bekannt, die auf der Idee beruhen, in eine überwiegend zylindrische Bohrung einen kreisförmigen, konischen Zapfen mehr oder weniger weit einzuschieben, so daß zwischen der Mantelfläche des Zapfens und der Wandung der Bohrung ein ringförmiger Spalt entsteht. Wenn der Kegelwinkel des Kegels spitz genug ist, so läßt sich wohl auch in diesem Fall eine genaue Einstellung der Profilgröße erreichen. Leider besteht auch bei dieser Bauart die Tendenz zu hohen Geräuschpegeln.

Viele bisherige Konstruktionen, besonders solche des Typs Bohrung - Zapfen, Ventilsitz - Ventilteller, sind zumindest bei geringen Profilgrößen sehr empfindlich gegen Verschmutzung, da die Breite des ringförmigen durchströmten Spalts oft nur einige Zehntelmillimeter beträgt.

PROBLEMSTELLUNG

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Erzielung einer Vorrichtung des in der Einleitung beschriebenen Typs, die so ausgeführt ist, daß sich die freie Profilgröße genau regeln läßt und daß gleichzeitig eine Senkung des Geräuschpegels verglichen mit bisher bekannten Konstruktionen erreicht wird. Die Erfindung bezweckt außerdem die Erzielung einer Vorrichtung, die möglichst unempfindlich gegen Verschmutzung und Fertigungstoleranzen ist und die außerdem einfach und billig hergestellt und in verschiedenen unterschiedlichen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann.

PROBLEMLÖSUNG

Die der Erfindung zugrundeliegende Zielsetzung wird erreicht, wenn die in der Einleitung andeutungsweise beschriebene Vorrichtung so konstruiert ist, daß das erste Einstellteil eine Reihe von Kanälen besitzt, die vorzugsweise unterschiedlich große Durchmesser aufweisen, und das zweite Einstellteil eine Öffnung aufweist, in der die Mündung von mindestens jeweils einem Kanal freigelegt werden kann, und wenn die Einstellteile relativ zueinander so bewegt werden können, daß die Mündung sämtlicher Kanäle an die Öffnung gebracht und damit freigelegt werden können.

Durch die vorstehend genannten Charakteristika läßt sich eine Konstruktion erzielen, bei der mindestens ein, vorzugsweise aber mehrere Kanäle gleichzeitig offen sein können und zusammen eine Drosselungsstufe definieren können. Dabei kann jeder Kanal so ausgeführt sein, daß das Geräuschniveau so gering wie möglich gehalten wird. Insbesondere wird eine Möglichkeit geboten, die Kanäle für den kleinsten möglichen Geräuschpegel bei der spezifischen Profilgröße des betreffenden Kanals auszuformen.

Weitere Vorteile lassen sich erfindungsgemäß erzielen, wenn die Vorrichtung auch eine oder mehrere der Charakteristika nach Patentanspruch 2-11 erhält.

Die Erfindung soll nun näher beschrieben werden wobei auf die folgenden beigefügten Zeichnungen verwiesen wird:

Fig. 1 Vertikaler Querschnitt durch ein Anschlußstück zum Anschluß eines Doppelradiators an ein Rohrleitungssystem einer Warmwasserheizung.

Fig. 2 Vertikaler Schnitt entlang der Schnittmarkierung A-A in Fig. 1.

Fig. 3 Vertikaler Querschnitt durch ein zweites Einstellteil.

Fig. 4. Ansicht der beiden ineinander montierten Einstellteile.

Fig. 5 Seitenansicht des ersten Einstellteils.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNG

Ziffer 1 In Fig. 1 bezieht sich auf ein Anschlußstück, das zum Anschluß eines Doppelradiators (eines Radiators mit zwei parallel angeschlossenen und Seite an Seite gelegenen Teilradiatoren) an ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Rohrleitungssystem dient, das zu einem Heizungsrohrsystem für Wasser als Wärmeträger gehört. Das Anschlußstück 1 besitzt einen Einlaufstutzen 2 und einen Auslaufstutzen 3, die beide an das genannte Rohrleitungssystem angeschlossen sind. Der Einlaufstutzen 2 steht über einen Kanal mit einem Anschluß 4 in Verbindung, in dem ein Rohr befestigt ist. In diesem Rohr sitzt ein Regelventil (oft als Thermostatventil ausgeführt), durch das das Warmwasser oben in die beiden Teilradiatoren zugeleitet wird.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß das Anschlußstück 1 zwei Anschlüsse 5 und 6 aufweist, die unten an die beiden Teilradiatoren angeschlossen sind. Die Radiatoranschlüsse 5 und 6 stehen erfindungsgemäß über Kanäle 7 und 8 in Strömungsverbindung mit einem Einströmbereich 9 einer Drosselvorrichtung 10. Weiter weist die Drosselvorrichtung 10 einen Auslaufbereich 11 auf, der über einen Kanal mit dem Auslaufstutzen 3 des Anschlußteils 1 verbunden ist.

Aus fertigungstechnischen Gründen weist das Anschlußstück 1 eine Längsbohrung auf, in die die Drosselvorrichtung 10 in einem verhältnismäßig groben Teil 12 derselben aufgenommen ist. Im Einlaufbereich 9 der Drosselvorrichtung 10 verengt sich die Bohrung und geht in einen engeren Bereich 13 über, der mit Anschluß 4 und Einlaufstutzen 2 in Strömungsverbindung steht. Um zu verhindern, daß das Wasser direkt vom Einlaufstutzen 2 über die Drosselvorrichtung 10 und zum Auslaufstutzen 3 strömt, ist im Übergangsbereich zwischen den weiteren und engeren Bereichen 12 bzw. 13 der Bohrung ein Verschluß 14 eingebaut.

Der weitere Teil 12 der Bohrung ist auf der in Fig. 1 linken Seite geöffnet, so daß ein Werkzeug eingeführt und die Drosselvorrichtung 10 verstellt werden kann. Am Ende des weiten Teils 12 der Bohrung kann jedoch eine in der Zeichnung nicht dargestellt Verschraubung eingesetzt werden, die garantiert, daß auf diesem Weg kein Warmwasser in die Umgebung austreten kann.

Die Drosselvorrichtung 10 umfaßt ein erstes und ein zweites Einstellteil 15 bzw. 16. Die Einstellteile sind relativ zueinander beweglich in der Art, daß die durch die Position der Einstellteile definierte Profilgröße so beeinflußt werden kann, daß die beabsichtigte Drosselwirkung erzielt wird. Dabei sind die Einstellteile vorzugsweise in der Art zueinander beweglich, daß sie zueinander verdreht werden können.

Das erste Einstellteil 15 besitzt eine Reihe von Kanälen 20, die vorzugsweise unterschiedliche Profildurchmesser aufweisen. Jeder Kanal ist so ausgeführt, daß der Druckabfall des durchströmenden Wassers über eine verhältnismäßig lange Strecke verteilt ist, d. h. über eine wesentlich längere Strecke als es bei einer spaltförmigen Drosselung der Fall ist. Hierdurch läßt sich ein verhältnismäßig großer Druckabfall ohne oder mit nur geringen Turbulenzen erzielen und ohne daß lokal hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten.

Der in der Drosselvorrichtung erzeugte Geräuschpegel wird hierdurch beträchtlich gesenkt.

Das zweite Einstellteil 16 besitzt eine Öffnung 17, an der jeweils die Mündung von mindestens einem, oft jedoch von mehreren Kanälen 20 gleichzeitig offengelegt werden kann. Durch Verdrehen der beiden Einstellteile 15 und 16 zueinander können sämtliche Kanäle an der Öffnung offengelegt werden. Geeigneterweise sind die Kanäle am ersten Einstellteil 15 so angeordnet, daß sich die Profilgröße mit jedem Kanal vom ersten bis zum letzten Kanal erhöht. Durch Verschieben der beiden Einstellteile zueinander ist es dadurch möglich, jeweils einen oder mehrere Kanäle gleichzeitig parallel zueinander in Strömungsverbindung mit Öffnung 17 zu bringen, so daß damit die effektive Profilgröße der Drosselvorrichtung abhängig von der relativen Einstellungslage der Einstellteile variiert werden kann.

Geeigneterweise ist das zweite Einstellteil 16 als Hülse 18 um eine Öffnung mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt. Diese innere Öffnung der Hülse 18 kann dabei sowohl zylindrisch als auch konisch geformt sein. Entsprechend der Form der Hülse 18 ist das erste Einstellteil 15 ein in der Hülse aufnehmbarer, drehbarer und gegen die Innenwand der Hülse weitgehend dicht abschließender Körper 19 mit den Kanälen ausgeführt. Die Kanäle 20 sind dabei als in der Mantelfläche des Körpers 19 enthaltene Rillen ausgeführt, die in Längsrichtung des Körpers, vorzugsweise parallel zu dessen Mittenachse 21 verlaufen. Aus Fig. 2 und 4 geht hervor, daß die Kanäle 20 einen ungefähr halbrunden Querschnitt aufweisen, wobei die Öffnung gegen die Mantelfläche des Körpers 19 ungefähr von einer Durchschnittsfläche des einzelnen Kanals 20 gebildet wird. Natürlich können die Öffnungen auch andere, z. B. kreisförmige, quadratische, rechteckige, etc. Querschnittsformen aufweisen. Dabei ist es am günstigsten, wenn die Form der Querschnittsfläche möglichst wenig "langgestreckt" ist. Dies kann dadurch ausgedrückt werden, daß der Abstand in verschiedenen Richtungen zwischen dem Mittelpunkt der Querschnittsfläche und dem Rand dieser Fläche keine übertriebenen Variationen aufweist.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß die einzelnen Kanäle 20 in Längsrichtung der Mittenachse 21 des Körpers 19 unterschiedliche Längen aufweisen können, so daß die Kanäle mit dem größten Durchmesser oder Quermaß auch in Längsrichtung die größte Länge aufweisen und die Länge, parallel zur Mittenachse 21 des Körpers 19 gemessen, umso kleiner wird, je kleiner die Profilgrößen oder Quermaße sind. Entsprechend weist der erste Kanal 20 in der genannten Reihenfolge der Kanäle die kleinste Profilgröße und auch die geringste absolute Länge in Strömungsrichtung auf, während der letzte Kanal die größte Profilgröße und die größte absolute Länge in Strömungsrichtung aufweist. Was das Verhältnis zwischen Durchmesser oder Quermaß und Länge in Strömungsrichtung der einzelnen Kanäle betrifft, besitzt jedoch der erste Kanal, der also die geringste Profilgröße aufweist, eine größere relative Länge im Verhältnis zum Durchmesser oder Quermaß als der letzte Kanal. Dabei kann das Verhältnis innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0,25-1,5 liegen, vorzugsweise innerhalb von 0,33-1,0. In einem praktischen Beispiel kann also der erste Kanal einen Durchmesser von ca. 1 mm und eine Länge von 2,5 mm aufweisen, der letzte Kanal hingegen einen Durchmesser von 7 mm und eine Länge von 10 cm.

Zur Einstellung der Drosselvorrichtung 10 für eine beabsichtigte Drosselwirkung wird das erste Einstellteil 15 im anderen Einstellteil 16 so gedreht, daß das in Fig. 5 linke Ende eines oder mehrerer Kanäle in der Öffnung 17 offengelegt wird. Der letzte Kanal 20 in der oben beschriebenen Reihenfolge wird aufgrund seiner Größe nur allein offengelegt werden, während die ersten Kanäle in der Reihenfolge zu mehreren gleichzeitig offengelegt und bezüglich der Strömung parallel verbunden werden. Auch Zwischenpositionen, bei denen ein Kanal nur teilweise offengelegt wird, sind natürlich denkbar.

Der Körper 19 des ersten Einstellteils 15 sitzt so in der Hülse 18, daß eine Abdichtwirkung entsteht. Eventuell kann der Körper 19 zwischen nahe beieinanderliegenden Kanälen 20 etwas herausüberstehende Dichtungsbereiche aufweisen, die auch an den Enden der Kanäle angebracht sein können, die zum Zusammenwirken mit der Öffnung 17 vorgesehen sind.

Das erste Einstellteil 15 weist eine Partie 22 auf, die sich in Längsrichtung außerhalb der Hülse 18 befindet. Diese Partie 22 weist einerseits ein Eingrifforgan 23 zum Zusammenwirken mit einem Drehwerkzeug und andererseits eine Dichtungsvorrichtung 24 auf, die gegen den weiteren Bereich 12 der Bohrung im Anschlußstück 1 abdichten soll. In einer praktischen Ausführung kann diese Dichtungsanordnung 24 als eine rundumlaufende Rille mit einem O-Ring ausgeformt sein.

Um zu verhindern, daß sich die Hülse 18 in der Bohrung 12 dreht, wenn der Körper 19 gedreht wird, weist die Hülse 18 ein Verankerungsorgan auf, das durch Eingreifen in die Wand der Bohrung ein solches Rotieren verhindert. Beispielsweise kann die Hülse auf der Außenseite einen federnden Zapfen oder eine Nase aufweisen, die in eine entsprechende Aussparung in der Wand der Bohrung einrastet.

ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vorstehend wurden die einzelnen Kanäle teils durch die Innenwand der Hülse 18, teils durch die Wände der Rillen im Körper 19 des ersten Einstellteils 15 definiert. In einer Alternative zu dieser Ausführung können die einzelnen Kanäle als zur Peripherie des Körpers 19 hin geschlossene Bohrungen ausgeführt sein, die weitgehend längs zum ersten Einstellteil verlaufen und mit der Manteloberfläche des ersten Einstellteils über kürzere Querborungen in weitgehend radialer Richtung in Verbindung stehen. In diesem Fall können die einzelnen Kanäle weitgehend zylinderförmig ausgeführt sein.

Unabhängig von ihrer Ausformung können die Kanäle so weit voneinander entfernt am Umkreis des Körpers 19 entlang angebracht sein, daß jeweils nur ein einzelner Kanal in der Öffnung 17 offengelegt werden kann. Natürlich können die Abstände auch zum gleichzeitigen Offenlegen von zwei, drei oder einer anderen Anzahl von Kanälen angepaßt werden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen befand sich die eine Mündung der Kanäle an der einen Endfläche des ersten Einstellteils 15, während die andere Mündung der Kanäle gegen die Manteloberfläche gerichtet war, um mit der in der Manteloberfläche der Hülse 18 angebrachten Bohrung 17 zusammenzuwirken. Erfindungsgemäß können die Kanäle jedoch auch über die ganze Länge des ersten Einstellteils 15 verlaufen, so daß sie auf der anderen Endfläche des ersten Einstellteils 15 offen sind. In dieser letzteren Ausführungsform ist das eine Ende der Hülse 18 geschlossen und in diesem Ende ist eine Entsprechung zur Öffnung 17 enthalten, so daß die verschiedenen Kanäle durch ein Verdrehen der beiden Einstellteile relativ zueinander mit der Mündung genau vor diese Öffnung gebracht werden können.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen war die Drosselvorrichtung erfindungsgemäß in einem Anschlußstück zum Anschluß zwischen einem Rohrleitungssystem und einem Radiator vorgesehen. Natürlich kann die Drosselvorrichtung auch in dem Regelventil enthalten sein, mit dem der Radiator regelmäßig ausgerüstet ist. Alternativ kann die Regelvorrichtung natürlich auch in einem separaten Gehäuse untergebracht sein, das seinerseits in einer Zu- oder Ableitung des Radiators eingesetzt ist.

Die Erfindung kann im Rahmen folgender Patentansprüche modifiziert werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Drosselung des Volumenstroms eines Fluids, z. B. zur Einstellung des Wasserstroms durch einen Radiator zur Heizung mit Wasser als Wärmeträger, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen Einstellteilen (15, 16), die so angeordnet sind, daß durch Bewegen der Teile relativ zueinander eine abhängig von der Bewegung variierende Profilgröße erzeugt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das eine Einstellteil (15) eine Reihe von Kanälen (20) besitzt, die vorzugsweise unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen, daß das zweite Einstellteil (16) eine Öffnung (17) besitzt, an der die Mündung von mindestens jeweils einem Kanal (20) offengelegt werden kann und daß die Einstellteile in der Art zueinander beweglich sind, daß die Mündung aller Kanäle (20) offengelegt werden können.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (20) in Strömungsrichtung eine Länge aufweisen, die vorzugsweise größer ist als ein Durchmesser oder Quermaß des Kanals (20).

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das erste Einstellteil (15) eine Reihe von Kanälen (20) aufweist, deren Querschnittsfläche jeweils von einem Kanal (20) zum nächsten in der Reihe zunimmt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis zwischen dem Durchmesser oder Quermaß eines Kanals (20) und der Länge des Kanals in Strömungsrichtung gerechnet von einem Kanal (20) zum nächsten in der Reihe jeweils zunimmt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis kleiner als 1,5 vorzugsweise kleiner als 1 ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis im Intervall 1/3-1 liegt.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet dadurch, daß das zweite Einstellteil (16) von einer Hülse (18) mit einem inneren kreisförmigen offenen Querschnitt gebildet wird, daß das erste Einstellteil (15) von einem in dieser Hülse drehbaren und gegen dessen Innenwand weitgehend abdichtenden Körper (19) gebildet wird.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß im Körper (19) Kanäle (20) angeordnet sind, die am einen Ende gegen die Abschlußfläche des Körpers, am anderen Ende gegen die Mantelfläche des Körpers münden.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (20) durch in der Mantelfläche des Körpers angebrachte, weitgehend längsverlaufende Rillen gebildet werden.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7-9, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnung (17) des zweiten Einstellteils (16) in der Mantelfläche der Hülse (18) liegt.

11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7-9, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (20) über die gesamte Länge des Körpers (19) verlaufen, daß die Hülse (18) am einen Ende einen Abschluß aufweist, gegen die eine Abschlußfläche des Körpers (19) weitgehend dicht anliegt und daß sich die Öffnung (17) des zweiten Einstellteils (16) in diesem Abschluß der Hülse befindet.

12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-11, gekennzeichnet dadurch, daß sie sich im Anschlußstück (1) zum Anschließen eines Radiators an ein Rohrleitungssystem einer Heizungsanlage befindet.