DE1952637U - Mehrwegeventil. - Google Patents

Description

RA. 572 250*-2.11.66

HONEYWELL GmbH Pat 66/10 Gm

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Mehrwegeventil

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, 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 Temperatur über den Wärmeaustauscher abfließen

muß und daraufhin Heißwasser mit der richtigen Vorlauftemperatur zum Wärmeaustauseher 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 deshalb bei einer nachfolgenden Umschaltung auf Kühlbetrieb erst abfließen, bevor die Kühlwirkung einsetzt. Der zweite Nachteil besteht darin, daß bei den bisher bekannten Anlagen dieser Art für jeden der beiden Kreisläufe ein getrenntes Ventil mit Antrieb verwendet wurde, wodurch sich der Aufwand gegenüber den eingangs geschilderten Drexleitersystemen beträchtlich erhöht.

Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn ein Mehrwegeventil mit zwei Einlassen und zwei Auslassen sowie zwei Anschlüssen für Vor-und Rücklauf zu einem Verbraucher und einem gemeinsamen Antrieb eingesetzt wird, bei dem in der Mittelstellung der Durchfluß zum Verbraucher gesperrt und der erste Einlaß über einen ersten Beipaß mit dem ersten Auslaß und der zweite Einlaß über einen zweiten Beipaß mit dem zweiten Auslaß verbunden ist, während in der einen Endstellung der Verbraucher zwischen den ersten Einlaß und Auslaß und in der anderen Endstellung zwischen den zweiten Einlaß und Auslaß eingeschaltet ist und wobei jeweils der nicht an den Verbraucher angeschlossene Ein- und Auslaß über den zugehörigen Beipaß miteinander verbunden sind.

Bei einem bekannten Mehrwegeventil dieser Art ist ein zylindrischer Kolben mit einer Vielzahl von Durchgangsund Stichbohrungen versehen, die schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen sind und, wie die Praxis zeigt, im Betrieb dazu neigen, durch Ablagerungen verstopft oder zumindest in ihrem Querschnitt verengt zu werden.

Der Neuerung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, das Ventil strömungsteehnisch und für die Wartung günstiger zu gestalten. Das neue Mehrwegeventil soll ferner gewährleisten, daß weder in den beiden Endstellungen des Antriebs noch in irgendeiner der möglichen Zwischenstellungen eine Vermischung der den beiden Einlassen zugeführten oder über die beiden Auslässe abfließenden Medien, beispielsweise Warm- und Kaltwasser, erfolgt und in den beiden Kreisläufen der Medien jeweils eine konstante Menge fließt, indem bei der Drosselung des Durchflusses zum Verbraucher in demselben Maße der zugehörige Beipaß geöffnet wird und umgekehrt. Das neue Ventil ist zwar insbesondere zum wahlweisen und regelbaren Anschluß eines Heizmittel- und eines Kühlmxttelkreislaufes an einen Wärmeaustauscher bestimmt, kann jedoch auch für andere Zwecke eingesetzt werden.

Die Neuerung sieht vor, daß der bewegliche Ventilteil ein Kolben mit mehreren, in Achsrichtung hintereinander angeordneten, den Durchfluß regelnden Konturen ist, welche zusammen mit sich axial erstreckenden Durchflußöffnungen im Gehäuse den Durchflußquerschnitt in den verschiedenen Durchflußkanälen zwischen den einzelnen Anschlüssen bestimmen. Ein solcher Mehrfachkolben ist nicht nur fertigungstechnisch leichter herzustellen, sondern verhindert infolge seiner strömungsgünstigen Bauweise, daß sich in den einzelnen Durchflußöffnungen irgendwelche von der Strömung mitgeführte Teile, z.B. Sand, Schweißperlen oder Grat, absetzen und die Durchflußöffnungen verstopfen. Man muß berücksichtigen, daß zum Reinigen des Ventils üblicherweise die gesamte Anlage entleert werden muß, was erhebliche Kosten und Zeit beansprucht .

Die einzelnen Konturen werden vorteilhaft durch Kolbenteile mit in Achsrichtung zu- oder abnehmenden radialen Abmessungen oder Ausnehmungen gebildet. Es ist günstig, wenn die zwischen den einzelnen Anschlüssen vorgesehenen Durchfluß-Öffnungen den Kolben konzentrisch umgeben. In Verbindung mit den in Achsrichtung hintereinander auf dem Kolben angeordneten Regelkonturen wird das Ventilgehäuse vorteilhaft derart ausgestaltet, daß die Ein- und Auslässe in verschiedenen, senkrecht zur Kolbenachse stehenden Ebenen, beispielsweise in vier in Achsrichtung hintereinanderliegenden Ebenen, in das Gehäuse münden.

Weitere Merkmale der Neuerung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines für wahlweisen Heiz- oder Kühlbetrieb eingesetzten Mehrwegeventils anhand der Fig. 1 bis 5· Ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Ventils ist in Fig. 6 dargestellt.

Das Ventil weist einen Kaltwassereinlaß 1, einen Kaltwasserauslaß2, einen Warmwassereinlaß ~$, einen Warmwasser aus laß 4 sowie 2 Anschlüsse 5 und β zur Verbindung mit dem nur schematisch dargestellten Wärmeaustauscher 7 auf. Dabei mündet der Vorlaufanschluß 5 zum Verbraucher 7 zwischen den beiden Einlassen 1 und 3 und der Rücklaufanschluß 6 vom Verbraucher 7 zwischen den beiden Auslässen 2 und 4 in das Ventilgehäuse 21. Ferner weist das Ventil einen den Mündungsraum des oberen Anschlusses 1 mit dem des unteren Anschlusses 2 verbindenden Durchlaß auf, der beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bis 5 außerhalb des Ventilgehäuses 21 verläuft und als Kaltwasser- Beipaß 8 dient. Der Warmwasser-Beipaß 9 befindet sich bei beiden Ausführungsformen im Inneren des Ventils.

Fig. 1 zeigt das Ventil in der einen Endstellung, in welcher der im wesentlichen zylindrische Mehrfachkolben durch einen nicht dargestellten Antrieb von der Ventilstange 25 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 Die Teile 25 bis 28 sind durch eine einzige Stopfbuchsmutter 29 am Ventilgehäuse 21 befestigt und zentriert. In der aus Fig. 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 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 Verbraucheransehlußstutzen 5 wirksame Regelkontur 35 in zunehmendem Maße den Durchflußquerschnxtt zum Verbraucher 7i 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 Fig. 1 gezeigten Lage nach unten gelangt dieser schließlich in die aus Fig. 2 ersichtliche Mittellage, in welcher der zylindrische Teil J>1 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 Kalt-

wasserauslaß 2. Der Beipaß 8 verläuft in Form eines im wesentlichen U-förmig gebogenen Rohres außerhalb des Kolbenhubraumes (vergl. Fig. 4). In der Mittelstellung gemäß Fig. 2 fließt das Warmwasser vom Einlaß 2 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 Jl des Kolbens den Kaltwasser- vom Warmwasservorlauf trennt und im unteren Teil der zylindrische Teil 19 den Warmwasserrücklauf'vom Kaltwasserrücklauf.

Wird der Kolben von der Stellung gemäß Fig. 2 ausgehend weiter nach unten bewegt, so öffnet die Regelkontur 15 in zunehmendem Maße den Zufluß von Kaltwasser vom Einlaß 1 zum Verbraucheranschlußstutzen 5j während gleichzeitig die am unteren Ende des Kolbens vorgesehene Regelkontur den Durchfluß von der Kaltwasser-Beipaßleitung 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 Fig. 3 ersichtliche untere Endstellung, in welcher der Kaltwasser-Beipaß 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 ist auch die untere Endstellung des Kolbens durch einen Anschlag definiert. Zu diesem Zweck ist in ein Gewindeloch im unteren Teil des Kolbens eine Schraube 33 eingesetzt

und durch eine Kontermutter JA gesichert und liegt in der unteren Endstellung am Boden 35 des Ventilgehäuses an. Durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben der Schraube 33 in das GewindeIoGh 32 laßt sich der Hub des Kolbens genau einstellen.

Auch die Montage des Ventils ist denkbar einfach. Es braucht lediglich der Kolben 22 in das Ventilgehäuse von oben eingesteckt, mittels eines Stiftes 36 mit der Ventilstange verbunden und nach Einlegen der Teile 25 bis 28 die Stopfbuchsmutter 29 auf das Gewinde 30 aufgeschraubt zu werden.

In den Fig. 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 Ausführungsforra der Erfindung, wie in Pig· 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 Fig. 1 bis 3 die Anschlüsse 1 und 2 um 90 versetzt dargestellt.

Aus Fig. 4 ersieht man die Lage und Ausbildung der äußeren Beipaßleitung 8 für den Kaltwasserkreislauf. Diese ist auf der den Kaltwasseranschlußstutzen 1 und 2 gegenüber liegenden 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 im Falle der Beipaßleitung 8 der Querschnitt im Bereich der Einmündung 85 bzw. 86 des Beipasses in das Ventilgehäuse 21 geringer als der Innendurchmesser der. Beipaßleitung 8 selbst. Es bereitet keine Schwierigkeiten, durch Einsetzen einer Drosselschraube oder

dergleichen in die Beipaßleitung deren Durchflußquerschnitt dem unterschiedlichen Druckabfall verschiedener Wärmeaustauscher anzupassen.

Eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung ist in Fig. 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 GewindeIoeh 95 des Kolbens ein Gewinderohrstück 91 eingeschraubt, welches einerseits als Aus-'laßöffnung 93 für den zweiten Beipaß 80 und andererseits durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben in das Gewindeloch 95 zur Hubbegrenzung dient. Das Gextfinderohrstück 91 ist an seinem freien Ende geschlitzt 96 und kann mit Hilfe eines Schraubenziehers in das Gewindeloeh 95 eingeschraubt werden.

Das Ventil ist in Fig. β in der Mittelstellung entsprechend Fig. 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 J5, den Beipaß und den Auslaß 4 geschlossen ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. 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.

Claims (25)

572 250-2.11. ei S chut ζ ans prüehe

1. Mehrwegeventil mit zwei Einlassen und zwei Auslassen sowie zwei Anschlüssen für Vor- und Rücklauf zu einem Verbraueher und einem gemeinsamen Antrieb, in dessen Mittelstellung der Durchfluß zum Verbraucher gesperrt und der erste Einlaß über einen ersten Beipaß mit dem ersten Auslaß und der zweite Einlaß über einen zweiten Beipaß mit dem zweiten Auslaß verbunden ist, während in der einen Endstellung der Verbraucher zwischen den ersten Einlaß und Auslaß und in der anderen Endstellung zwischen den zweiten Einlaß und Auslaß eingeschaltet ist, wobei jeweils der nicht an den Verbraucher angeschlossene Ein- und Auslaß über den zugehörigen Beipaß miteinander verbunden sind, insbesondere zum wahlweisen und regelbaren Anschluß eines Heizmittel- und eines Kühlmittelkreislaufes an einen" Wärmeaustauscher, d a d u r c h ge k e η η ζ e i ohne t, daß der bewegliche Ventilteil ein Kolben (22) mit mehreren, in Achsrichtung hintereinander "angeordneten, den Durchfluß regelnden Konturen ist, welche zusammen mit sich axial erstreckenden Durchflußöffnungen im Gehäuse den Durehflußquerschnitt in den verschiedenen Durchflußkanälen bestimmen.

2. Ventil nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen durch Kolbenteile mit in Achsrichtung zu- oder abnehmenden radialen Abmessungen (z.B. Durchmesser) oder Ausnehmungen gebildet sind.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den einzelnen Anschlüssen vorgesehenen Durchflußöffnungen den Kolben konzentrisch umgeben.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis j5j dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Ein- und Auslässe (1 bis 4) in verschiedenen senkrecht zur Kolbenachse stehenden Ebenen in das Gehäuse (21) münden.

5· Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ein- und Auslässe in vier in Achsrichtung hintereinander liegenden Ebenen in das Gehäuse münden.

6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge k e η η ζ ei c h η e t, daß in Achsrichtung des Kolbens gesehen, der zweite Ein- und Auslaß (3, 4) zwischen dem ersten Einlaß (1) und dem ersten Auslaß (2) angeordnet sind.

Y. Ventil nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekenn zei chne t, daß der Verbrauchervorlaufanschluß (5) zwischen den beiden Einlassen (1, 3) in das Gehäuse (21") mündet.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis Y₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraueherruck-

anschluß (6) zwischen den beiden Auslassen (2, 4) in das Gehäuse mündet.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Beipässe im Inneren des Ventils verläuft. '

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ■ zeichnet, daß wenigstens ein Beipaß (9) zwischen Kolbenaußenwand und Gehäuseinnenwand verläuft.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es einen den Mündungsraum des oberen Anschlusses (1) mit dem des unteren Anschlusses (2) verbindenden Durchlaß (8,■8o) aufweist.

12. Ventil nach Anspruch 11, d a du r c h g e k e nn■ zeichnet, daß der Durchlaß durch eine außerhalb des Kolbenhuforaumes, vorzugsweise außerhalb des Ventilgehäuses, verlaufende Leitung (8) gebildet ist.

13· Ventil nach Anspruch 11, da durch gekenn zeichnet, daß der Durchlaß durch eine axiale Bohrung (8θ) im Kolben (22) gebildet ist.

l4. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einlaßöffnung (en) (8l) des Durchlasses (8o) bei jeder Kolbenstellung vom oberen Anschluß (l) 'her zugängig sind.

15· Ventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichne t, daß die Auslaßöffnung(en) (93) des Durchlasses (8o) vorzugsweise axial in den Raum unterhalb des Kolbenendes mündet.

16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,, daß die Auslaßöffnung (93) des Durchlasses (8o) durch ein Gewinderohrstück (91) gebildet wird, welches in ein Gewindeloch (95) am Kolbenende einschraubbar ist.

17. Ventil nach einem der Ansprüche 9 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (8, 80) als Beipaß dient.

18. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis I7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslässe (1 bis 4·) die Anschlüsse (5, 6) zum Verbraucher (7) und gegebenenfalls die äussere Durehflußleitung "(8) räumlich derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß der Anschluß der zugehörigen Leitungen bzw. Leitungspaare an das Ventil aus verschiedenen Richtungen erfolgt.

19· Ventil nach Anspruch l8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anschlüsse rechtwinklig zueinander, kreuzförmig in das Ventilgehäuse münden (Fig. 5).

20. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachkolben (22) wenigstens zwei in Achsrichtung hintereinander angeordnete Regelkonturen aufweist, von denen die erste (15) im Bereich des ersten Einlasses und des einen Anschlusses (5) zum Verbraueher und die zweite (35) im Bereich des zweiten Einlasses (3) und des'Verbraucheranschlusses wirksam ist.

21. Ventil nach Anspruch 20, da du roh gekennzeichnet, daß wenigstens eine
weitere (dritte) Regelkontur (82) den Durchfluß durch den dem ersten Ein- und "Auslaß (1, 2) zugeordneten Beipaß (8 bzw. 80) derart regelt, daß die Summe der Durchflußmengen durch Verbraucher und Beipaß wenigstens annähernd konstant ist.

22. Ventil nachÄnspruch 20 und 21, dadurch
gekennzeichnet, daß eine vierte Regelkontur (94) den Durchfluß durch den dem zweiten Ein- und Auslaß (3, 4)- zugeordneten Beipaß (9)
derart regelt, daß die Summe derDurchflußmerigen durch Verbraucher (7) und Beipaß (9) wenigstens annähernd konstant ist.

25· Ventil nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und die vierte Regelkontur an der Auslaßseite des zugehörigen Beipasses wirksam ist.

24. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 2J, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquersehnitt der Beipaßleitungen (8, 9) oder ihr Mündungsquerschnitt derart gewählt ist, daß der Druckabfall in der Beipaßleitung gleich dem am
Verbraucher ist.

25. Ventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall in der Beipaßleitung durch Verändern ihres geringsten Durchflußquerschnittes einstellbar ist.