DE1980481U - Mehrwegeventil. - Google Patents

Description

Frankfurt am Main, JijJ. ^fi·': ^//:f.V:-. ^den 8. Dezember 1967

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rankfurt/k, N^us Mdiaz-ifitr. 4IK«:

HONEYWELL INC.
2701 Fourth Avenue South
Minneapolis, Minn., USA

Mehrwegeventil

Die Neuerung betrifft ein Mehrwegeventil mit drei Gruppen von Leitungsanschlüssen und einem gemeinsamen Antrieb, das insbesondere zum wahlweisen und regelbaren Anschluß eines Heizmittel- und eines Kühlmittelkreislaufes an einem Wärmeaustauscher gut geeignet ist.

Zur Steuerung der Heizmittel- und Kühlmittelzufuhr in Vierleiter-Klimaanlagen hat man bisher zwei Dreiwegeventile eingesetzt, von denen eines im Vorlauf zum Wärmeaustauscher und das andere im Rücklauf angeordnet ist. Man benötigte deshalb zwei Antriebe oder einen gemeinsamen Antrieb mit einem entsprechenden Gestänge zum gleichzeitigen Verstellen beider Ventile. Diese Anordnungen sind relativ teuer und benötigen viel Platz. Um mit einem einzigen Ventil und Antrieb auszukommen, ist ein Kolbenventil mit einer Vielzahl von Stich- und Durchgangsbohrungen vorgeschlagen worden, welches jedoch kompliziert in seinem Aufbau und darüberhinaus in Folge der vielen Bohrungen und Löcher mit dem Nachteil behaftet ist, daß sich im Warm- oder Kaltwasserstrom mitgeführte Schmutzteilchen in. den Löchern und Bohrungen absetzen und dadurch einerseits den Strömungswiderstand erhöhen und andererseits

das Verstellen des Ventils erschweren.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ventilanordnungen für Vierleitersysteme zu vermeiden und ein Ventil zu schaffen, welches nur geringe Verstellkräfte benötigt und bei dem die Gefahr der Ablagerung von Kesselstein und Schmutzteilchen auf ein Mindestmaß verringert ist. Außerdem soll sein Aufbau einfach und übersichtlich sein und das Ventil möglichst wenig Platz beanspruchen.

Von einem Mehrwegeventil mit drei Gruppen von Leitungsanschlüssen ausgehend, besteht die Neuerung darin, daß zwischen einen Anschluß der ersten und der zweiten Anschlußgruppe und einen Anschluß der dritten Anschlußgruppe sowie zwischen einen anderen Anschluß der ersten und der zweiten Anschlußgruppe und einem zweiten Anschluß der dritten Anschlußgruppe je eines von vier in Schließrichtung federnd vorbelasteten Durchgangsventilen angeordnet ist und mit einem Betätigungsteil jeweils in eine mit dem betreffenden Anschluß der dritten Anschlußgruppe in Verbindung stehende Kammer hineinragt, und daß ein Teil des gemeinsamen Antriebes diese beiden gegeneinander abgedichteten Kammern durchsetzt und mit Ansätzen versehen ist, welche in bestimmten· Stellungen des Antriebes mit den Betatigungsteilen der Ventilschließkörper im Eingriff sind.

Ein besonders gedrängter Aufbau ergibt sich, wenn die mit den Leitungsanschlüssen der dritten Gruppe in Verbindung stehenden

und vom Antrieb durchsetzten Kammern in Bewegungsrichtung einer Antriebsstange gleichachsig hintereinander angeordnet sind. Es ist ferner von Vorteil, die zwischen der dritten und den beiden anderen Gruppen von Leitungsanschlüssen befindlichen Ventile mit der Achse ihrer Ventilsitze rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Antriebsstange anzuordnen. Vorzugsweise liegen sich die Ventilsitze paarweise gegenüber.

Bei einer ersten Ausführungsform des neuen Mehrwegeventils weist jede Gruppe von Leitungsanschlüssen jeweils zwei Anschlüsse auf, und die Ansätze der Antriebsstange sind derart angeordnet., daß in den beiden Endstellungen der Antriebsstange jeweils die Ventile der ersten Gruppe geöffnet und die der zweiten Gruppe geschlossen sind und umgekehrt, während in einer Mittelstellung alle Ventile geschlossen sind. Mit einem solchen Ventil läßt sich also in der einen Endstellung der Heizmittelkreislauf und in der anderen Endstellung der Kühlmittelkreislauf voll an den Wärmeaustauscher anschließen, während in den Zwischenstellungen bis zu der den Wärmeaustauscher von beiden Kreisläufen trennenden Mittelstellung der Durchfluß des Heizmittels oder Kühlmittels gedrosselt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Neuerung weist jede Gruppe von Leitungsanschlussen jeweils drei Anschlüsse auf und es sind sechs Durchgangsventile vorgesehen. Dabei sind die Ansätze der Antriebsstange derart angeordnet, daß in der

einen Endstellung der Antriebsstange in der ersten Gruppe das dem zweiten Anschluß zugeordnete und in der zweiten Gruppe das dem ersten und dritten Anschluß zugeordnete Ventil geöffnet und die anderen Ventile geschlossen sind. In der anderen Endstellung nehmen die Ventile gerade die jeweils entgegengesetzte Lage ein. In der Mittelstellung sind das dem ersten Anschluß der ersten Gruppe und das dem dritten Anschluß der zweiten Gruppe zugeordnete Ventil geöffnet und die übrigen Ventile geschlossen.

Mit einem solchen Ventil läßt sich in einer Vierleiter-Klimaanlage ein konstant bleibender Durchfluß in beiden Energieträger-Kreisläufen erzielen. Die beiden gegenüber der ersten Ausführungsform hier vorgesehenen zusätzlichen Ventile dienen zur Steuerung der entsprechenden Beipaßleitungen. In der einen Endstellung ist der Heizmittelkreislauf über den Wärmeaustauscher voll durchgeschaltet, während der Kühlmittelkreislauf über den zugehörigen Beipaß am Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird. In der anderen Endstellung liegen die Verhältnisse gerade umgekehrt. In den Zwischenstellungen wird der jeweils über den Wärmeaustauscher geschlossene Kreislauf jeweils in dem Maß gedrosselt, wie der zugehörige Beipaß geöffnet wird. In der Mittelstellung ist der Wärmeaustauscher von beiden Kreisläufen getrennt und diese sind über die zugehörigen Beipaßleitungen insich kurzgeschlossen.

Das Ventil gemäß der Neuerung gewähr 1 eistei?eine einwandfreie

Trennung der beiden Energieträgerströme, so daß die Wärmeverluste durch gegenseitigen Ehergieaustausch gering sind. Darüberhinaus ist von Vorteil, wenn das Gehäuse aus mehreren gegeneinander abgedichteten Teilgehäusen besteht, von denen jedes je einen Anschluß jeder Gruppe aufweist. Hierdurch wird der Zusammenbau des Ventils erleichtert. Darüberhinaus können die Teilgehäuse im wesentlichen gleich aufgebaut sein. Je nach der gewünschten Punktion des Ventils lassen sich zwei, drei oder mehr solcher Teilgehäuse zu einem Mehrwegeventil mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlüssen zusammensetzen.

Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zwei Ausführungsformen des neuen Mehrwegeventils werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Zur Erläuterung der Einsatzmöglichkeit der einen Ausführungsform zeigt

Figur 1 schematisch ein Vierleiter-Klimaregelungssystem mit dem neuen Ventil.

Figur 2 gibt im Schnitt eine hierfür geeignete erste Ausführungsform der Neuerung wieder und Figur j5 einen Teil desselben in vergrößertem Maßstab.

Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ventils gemäß der Neuerung, die sich zur Verwendung in Vierleiter-Klimaregelungsanlagen mit konstanten Energieträgerdurchfluß eignet.

Figur 5 zeigt ein solches Vierleiter-System mit dem neuerungsgemäßen Ventil in der einen Endstellung,

Figur β das Ventil in der Mittelstellung und Figur 7 das Ventil in der anderen Endstellung jeweils in schematischer Vereinfachung.

In Figur 8 sind der Warmwasserdurchfluss und der Kaltwasserdurchfluss durch das Ventil in Abhängigkeit von der Ventilstellung wiedergegeben. -

Zunächst wird.anhand der Figuren 1 bis 5 eine erste Ausführungsform des neuen Mehrwegeventils beschrieben. Es dient zur Steuerung des Durchflusses einer Heiz- und einer Kühlflüssigkeit durch den Wärmeaustauscher 10. Die beiden Energieträgerströme werden über die Warmwasservorlaufleitung 11 bzw. die Kaltwasservorlaufleitung 12 dem Ventil zugeführt und kehren über die Warmwasserrücklauf leitung 1J> und die Kaltwasserrücklaufleitung 14 zu den entsprechenden Versorgungsgeräten zurück. Als Energieträger kommt in erster Linie Warm- und Kaltwasser infrage. Es können jedoch auch andere Flüssigkeiten verwendet werden. Die Steuerung der einzelnen Ströme erfolgt mit Hilfe des Ventils 15, welches vom Ventilantrieb 16 betätigt wird.

Der konstruktive Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils ist aus Figur 2 ersichtlich. Das Ventilgehäuse 15 umfaßt zwei praktisch gleiche Teilgehäuse 15a "und 15b, die übereinander angeordnet unddurch Bolzen 17 miteinander verschraubt sind. Da die beiden Teilgehäuse und die darin untergebrachten Ventile praktisch gleich- aufgebaut sind., werden jeweils gleiche Bezugszeichen mit dem Unterscheidungs-

buchstaben "a" für die Teile des oberen Ventilgehäuses 15a und dem Unterscheidungsbuchstaben "b" für die vom unteren Teilgehäuse 15b umschlossenen Teile verwendet. Im wesentlichen wird nur der obere Ventilteil 15a beschrieben und .davon ausgegangen, daß die untere Ventilhälfte 15b gleich aufgebaut ist. Der Gehäusfceil 15a umschließt drei Kammern 20a, 21a und 22a. Die zentrale Kammer 21a ist zylindrisch und von ihr zweigen die beiden Kammern 20a und 22a ab. Diese sind ebenfalls zylindrisch und liegen sich gegenüber. Ihre Achse steht praktisch senkrecht auf derjenigen der Kammer 21a. Jede der Kammern ist mit einer Anschlußöffnung 23a, 24a bzw. 25a versehen. Die Kammer 20a und die Kammer 21a sind über den Durchlaß 26a'miteinander verbunden und die Kammern 21a und 22a über den Durchlaß 27a. In jeden der Durchlässe ist ein Ventilsitzring 30a eingeschraubt (vgl. Figur 3). Er besteht aus einer ringförmigen Sitzfläche 31a* welche unmittelbar den Durchlaß umgibt und aus einer ebenfalls ringförmigen Lagerfläche 32a, die gegenüber der Dichtfläche 31a etwas zurückgesetzt ist. Zur Kammer 21a hin ist der Innendurchmesser, der Sitzringe 30a konisch erweitert. Die Ventilkegel werden bei dieser Ausführungsform um die ringförmige Fläche 32a gekippt. Stattdessen könnten sie auch mit Hilfe von Nocken der Antriebsstange in Achsrichtung verschoben werden. Ventile mit kippbaren Schließkörpern benötigen aber besonders geringe Verstellkräfte, so daß sich diese- Ausführungs· form als besonders günstig erweist. Die Schließkörper 33a und 3^a tragen auf ihrer der Antriebsstange 40 zugewandten Seite je einen Stift 36a bzw. 36b. Die konische Erweiterung

der Ventilsitze ermöglicht das Schwenken dieser Stifte beim Kippen der Schließkörper 33a bzw. 34a. Die Kammern 20a und 22a sind nach außenhin durch eine Verschlußschraube 29a abgedichtet, in deren Boden eine Ausnehmung 28a als Lager für die Schließfeder 35a dient. Diese drückt den Schließkörper 33a bzw. 34a. auf den Sitzring 30a. Der Durchmesser des Schließkörpers 33a ist größer als der der Kippfläche 32a.

Die beiden Teilgehäuse 15a und 15b sind derart übereinander gesetzt, daß ihre zentralen Kammern 21a und 21b fluchten. Die Anschlüsse 24a und 24b werden mit den Anschlußleitungen des Wärmeaustauschers 10 verbunden. Die Anschlüsse 23a und 23b stehen mit dem Warmwasservorlauf WWV bzw. dem Warmwasserrücklauf WWR in Verbindung, während in entsprechender Weise die Anschlüsse 25a/und 25b an den Kaltwasservorlauf KWV bzw. den Kaltwasserrücklauf KWR angeschlossen sind. Die Ventile 33a und 33"b sind der ersten Gruppe von Anschlüssen 23a und 23b zugeordnet, während die Ventile 34a und 34b zur zweiten Gruppe von Anschlüssen 25a und 25b gehören. Die dritte Gruppe von Anschlüssen umfaßt die beiden in die zentralen Kammern 21a und 21b mündenden Anschlüsse 24a und 24b. Die Ventile 33a und 33b steuern somit den Warmwasserstrom und die Ventile 3^a und 34b den Kaltwasserstrom. Durch beide zentrale Kammern 21a und 21b hindurch ragt die Antriebsstange 40. Sie wird vom Ventilantrieb l6 betätigt, der im Ausführungsbeispiel als pneumatischer Antrieb dargestellt ist. Er arbeitet mit Druckluft, die von einer Quelle 19 über einen Regler 18 dem Membranantrieb zugeführt wird und dort gegen die Kraft einer Rückstellfeder arbeitet.

Anstelle eines pneumatischen Antriebes kann· selbstverständlich auch ein hydraulischer Antrieb, ein Elektro-Motor mit Gestänge, ein Elektro-Magnet oder ein beliebiger anderer Antrieb eingesetzt werden. Innerhalb der Kammern 21a und 21b sind an der Antriebsstange 4o Betätigungsansätze für die Ventilstifte 3°" angebracht. Diese Ansätze bestehen aus einer zentralen Buchse 45a bzw. 45b, die mit sich gegenüberliegenden flügelartigen Auslegern 4la, 4lb bzw. 43a, 43b v.ersehen ist. Diese wiederum tragen die Betätigungszapfen 42a und 42b sowie 44a und 44b. Durch geschlitzte Pederringe 46 werden die Buchsen 45 in ihrer axialen Lage auf der Antriebsstange 4o festgehalten. In der aus Figur 1 ersichtlichen Mittelstellung des.Antriebes sind alle Ventile geschlossen. Hierzu drücken die sich einseitig in der Ausnehmung 28 der Verschlußs-chrauben 29 abstützenden Federn 35* welche auf der Ventilseite durch einen Ansatz 38 des Schließkörpers 35 gehalten sind, den Schließkörper auf den Ventilsitz 3I. In der einen Endstellung,entsprechend Figur 2, in welcher die Antriebsstange 4o ihre obere Endlage einnimmt, kippen die Zapfen 42a und 42b über die Stifte 36a und 36b, die Ventile 33a und 33b in die vollgeöffnete Stellung. Über die Durchlaßöffnungen 26a und 26b ist somit der Wärmeaustauscher an den Heizmittelkreislauf angeschlossen. Bewegt sich von dieser Stellung ausgehend die Antriebsstange nach unte/n, so drosseln die Ventile 33a und 3J5t> den Durchfluß von Heißwasser zum Wärmeaustauscher immer mehr, ohne daß sich an der Stellung 'der Ventile 34a und 34b etwas ändert. Sobald die Antriebs-

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Stange 40 die aus Figur 1 ersichtliche Mittelstellung erreicht hat, sind beide Ventile 53a und 33b geschlossen und damit ist der Wärmeaustauscher von beiden Energieträgerkreisläufen getrennt. Zur Regelung des Durchflusses durch die Ventile weisen die Schließkörper 33 und 34 auf. der den Ventilsitzen 30 zugewandten Seite eine Regelkontur37 auf, welche den Stift 36 umschließt und in die Durchlaßöffnung 2β bzw. 27 hineinragt.

Wird die Antriebsstange 4θ aus der Mittelstellung weiter nach unten verschoben, so kippen die Zapfen 44a und 44b über die entsprechenden Stifte die Schließkörper 34a und 34b und öffnen damit in zunehmendem Maße den Kaltwasserdurchfluß vom Anschluß 25a über den Anschluß 24a und den Wärmeaustauscher zurück über den Anschluß 24b zum Kaltwasserrücklaufanschluß 25b. In der unteren Endstellung der Antriebsstange 40 ist dieser Durchfluß voll geöffnet. Während des ganzen Regelhubes der Kaltwasserseite bleiben die Warnwasserventile 33a und 33b geschlossen. Es tritt also keine Vermischung von Kalt- und Warmwasser ein. Läuft die Antriebsstange aus der unteren Endstellung in die Mittelstellung zurück, so drücken die Federn 35a und 35t> die Schließkörper 34a und 34b wieder gegen die entsprechenden Sitzflächen 3I· Mit dem Ventil kann also wahlweise und regelbar ein Warmwasser- oder ein Kaltwasserkreislauf an einen Wärmeaustauscher angeschlossen werden.

Eine zweite Ausführungsform des neuen Mehrwegeventils wird

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im folgenden anhand der Figuren 4 bis 8 beschrieben. Jede Gruppe von Leitungsanschlüssen umfaßt hier drei Anschlüsse. Demzufolge besteht das Ventil aus drei im wesentlichen gleich aufgebauten Teilgehäusen 65a - 65c, von denen deshalb nur eines beschrieben zu werden braucht.

Im Teilgehäuse 65a sind wie beim vorangehenden Ausführungsbeispiel drei Kammern 70a, 71a und 72a vorgesehen und die drei Teilgehäuse derart übereinander gesetzt, daß die Kammern 71a bis 71Q fluchten. In die Trennwände 'zwischen den Kammern 70a und 71a einerseits bzw. 72a und 71a andererseits, ist je ein Sitzring 80a eingeschraubt. Die Ventilkegel 83a bzw. 84a werden.wiederum durch je eine Feder gegen den Ventilsitz 80a gedrückt. Mit je einem Stift ragt der Schließkörper in die Kammer 71a h^inein, so daß durch Bewegung der am Ausleger 91a vorgesehenen Stifte 92a und 95a die Ventile durch Kippen der Schließkörper geöffnet werden können. Die beiden anderen Teilgehäuse 65b und 65c sind mit ihren Ventilsitzen, Ventilkegeln und Schließfedern genauso aufgebaut wie das Teilgehäuse 65a. In die Kammer 71a mündet der Anschluß 74a der Warmwasservorlaufleitung, während die Anschlüsse 73a und 73h der Kammern 70a und 70b an den Warmwasserrücklauf angeschlossen sind. Vom Anschluß 75a der Kammer 72a führt die Vorlaufleitung zum Verbraucher, dessen Rücklaufleitung über den Anschluß 74b in die Kammer 71b mündet. Die Kaltwasserversorgungsleitung ist an den Anschluß 74c der Kammer 71c angeschlossen. Die Anschlüsse 75b und 75c der Kammern 72b und 72c stehen mit der Kaltwasserrücklauf-

leitung in Verbindung. Der Anschluß 73c der Kammer 70c ist schließlich ebenso wie der Anschluß 75a der Kammer 72a an die Vorlaufleitung zum Wärmeaustauscher angeschlos» sen. Die einzelnen Anschlüsse der verschiedenen Leitungen ersieht man aus der schematischen Darstellung in Figur 5·

Die drei Teilgehäuse 65a - 65c werden unter Zwischenlage geeigneter Dichtungsmittel durch Bolzen 67 zusammengehalten. Durch die zentralen Kammern 71a - 71c aller drei Teilgehäuse 65a - 65c ragt die Antriebsstange 90* welcher von irgendeinem Ventilantrieb l6 betätigt wird. Über an Auslegern 91a - 91c vorgesehene Stifte 92a - 92c und 93a 93c werden die einzelnen'Ventilkegel 83a - 8>c bzw. 84a 84c betätigt. .

Der mittlere Ausleger 91t> ist wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel zwischen zwei in Nuten der Antriebsstange eingesetzte geschlitzte Federringe 85 und 86 in Achsrichtung unverschiebbar auf der Antriebsstange befestigt. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel sind die den ersten und dritten Anschlüssen jeder Gruppe zugeordnete Ventilbetätigungsansätze 91a und 91c auf der Antriebsstange 90 verschiebbar gelagert. Der Ausleger 91a wird durch eine sich am Deckel 68 abstützende Feder 96 in Richtung auf das Gehäuseinnere gedrückt. Er stützt sich bei der in Figur 4 dargestellten Stellung der Antriebsstange 90 an dem in eine Nut der Antriebsstange eingesetzten geschlitzten Federring 87 ab. Auf der anderen Seite, d.h. beim "dritten

Teilgehäuse 65c, drückt eine sich am Deckel 69 abstützende

98

Feder/den Ausleger 91c ebenfalls in Richtung auf das Gehäuseinnere und zwar gegen den Anschlag 6lc des Teilgehäuses 65c. Dieser Anschlag wird durch eine umlaufende Kante der oberen Begrenzungswand des Teilgehäuses 65c gebildet.

In der aus Figur 4 ersichtlichen Lage der Antriebsstange ist, wie Figur 5 zeigt, der Warmwasserkreislauf von der Warmwasservorlaufleitung VJWV über den Anschluß 74a der Kammer 71a, das Ventil 84a und den Anschluß 75a der Kammer 72a zum Wärmeaustauscher 10 und von dort über den Anschluß 74b der Kammer 71b und das Ventil 8^b zur Warmwasserrücklaufleitung WWR geschlossen . Das von der 'Kaltwasservorlaufleitung KWV über den Anschluß 74c in die Kammer 71c einströmende Kaltwasser gelangt durch das Ventil 84c in die Kammer 72c und durch deren Auslaß 75c zur Kaltwasserrücklaufleitung KWR. Das Ventil 84c gibt also für den Kaltwasserstrom eine Beipaßleitung frei, so daß der vom Wärmeaustauscher ferngehaltene Kaltwasserstrom über diesen Beipaß im Kaltwasserkreislauf zirkuliert.

Figur 8 zeigt im oberen Diagramm den Warmwasserstrom WF und im unteren den Kaltwasserstrom KF jeweils in Abhängigkeit vom Hub S der Antriebsstange 90. In der aus Figur 4 ersichtlichen Anfangslage fließt das Warmwasser 100 $ig. zum Wärmeaustauscher, während der Warmwasserbeipaß über das Ventil 8j?a geschlossen ist. Umgekehrt fließt der gesamte Kaltwasserstrom KF durch den Beipaß, nämlich das Ventil 84c. Die beiden

Kurvenbilder zeigen jeweils in gestrichelter Darstellung den Durchfluß von Warm- bzw. Kaltwasser durch den Beipaß BP und in ausgezogener Darstellung den Strom durch den Wärmeaustauscher VJA.

Wird von der Ausgangslage die Antriebsstange in Richtung des Pfeiles 50 nach unten verschoben, so verringert sich der Durchflußquerschnitt der Ventile 84a und 85b, weil die Zapfen 93a und 92b ebenfalls nach unten wandern und somit die Federn die Ventilkegel 84a und 83b in Schließrichtung bewegen. Gleichzeitig öffnet der Zapfen 92a den Ventilkegel 85a, so daß nunmehr entsprechend der gestrichelten Linie BP im oberen Diagramm der Figur 8 die Beipaßleitung vom Warmwassereinlaß 74a über das Ventil 83a in die Kammer 70a und deren Auslaß 73a zur Warmwasserrücklaufleitung. VJWR geöffnet wird. Das Ventil 83a wird dabei in demselben Maße geöffnet, wie die Ventile 84a und 83b schließen. Der gesamte Warmwasserstrom bleibt also konstant. Dies hat den Vorteil, daß man mit konstantem Druck im Warmwasserkreislauf und damit mit gleichbleibender Pumpenleistung arbeiten kann.

Auf der Kaltwasserseite ändert sich zunächst nichts. Der Ausleger 91c wird nämlich nach wie vor durch die Feder 98 gegen den gehäusefesten Anschlag 6lc gedruckt. Der auf die Antriebsstange 90 aufgesetzte geschlitzte Federring 88 wandert zwar in der Ausnehmung 62c nach unten, bleibt aber zunächst wir-

Kaltwasser
kungslos. Das/beipaßventil 84c bleibt also weiterhin voll

geöffnet.

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Bei der weiteren Bewegung der Antriebsstange 90 nach unten, erreicht diese schließlich eine Stellung Sl, in welcher die Ventile 84a und 8j5b geschlossen und damit der Warmwasserdurchfluß zum Verbraucher gesperrt ist, während das Ventil 83>a voll geöffnet ist und somit der Warrnwasserkreislauf voll über den Beipaß fließt. Auf der Kaltwasserseite hat sich noch immer nichts geändert. Diese Lage der Antriebsstange und der einzelnen Ventilkegel, welche in Figur 6 schematisch wiedergegeben ist, hält bis zur Stellung S2 an. Durch diesen Totbereich gewährleistet man, daß auch beim Auftreten von Fertigungstoleranzen in den Betätigungsteilen für die einzelnen Ventile keine Vermischung von Warm- und Kaltwasser im Ventil eintreten kann. Die Stellung S2 ist erreicht, wenn der Federring 88 beginnt den Ausleger 91c vom Anschlag 6lc abzuheben. Damit wird nämlich das Kaltwasserbeipaßventil 84c in zunehmendem Maße geschlossen und gleichzeitig das Ventil 8^c im Kaltwasservorlauf zum Wärmeaustauscher geöffnet. Außer-'dem liegt der Zapfen 9Jb jetzt am Stift des Ventilkegels 84b an und öffnet gleichzeitig mit dem Ventil 83c auch das Ventil 84b. Der über den Einlaß 74c und das Ventil 8^c zum Verbraucher fließende Kaltwasserstrom kann somit über den Anschluß jKb und das Ventil 84b zur Kaitwasserrücklaufleitung KWR gelangen. Gleichzeitig fließt weiter ein Teil des Kaltwasserstroms über das Beipaßventil 84c und die Verbindungsleitung 64c zwischen den beiden Anschlüssen 75b und 75c zur Kaltwasserrucklaufleitung KWR, In demselben Maße wie der Kaltwasserstrom zum Verbraucher vergrößert wird, verringert sich der Kaltwasserfluß durch den Beipaß.

Auf der Warmwasserseite bleiben hierbei die Verhältnisse, wie in Figur β dargestellt, erhalten. Der Ausleger 91a stützt sich nämlich nunmehr,da der Federring 87 in die Ausnehmung 62a eingetaucht ist, an der Anschlagkante 6la der unteren Viand des Teilgehäuses 65a ab und behält diese Lage auch bei der weiteren Bewegung der Antriebsstange 90 nach unten bei. In dieser Lage ist das Warmwasserventil 84a zum Verbraucher geschlossen und~ das Warmwasserbeipaßventil 83a geöffnet. Der Ausleger 91ΐ> ist außerdem soweit nach unten verschoben, daß der Zapfen 92b vom Stift des Ventilkegels 83b freigekommen und dieses Ventil durch seine Feder geschlossen worden ist.

Schließlich gelangt die Antriebsstange in die untere Endlage, wo ihr freies Ende in die Ausnehmung βθ des Deckels 69 eintaucht. In dieser Lage, die schematisch in Figur 7 dargestellt ist, ist das Kaltwasserbeipaßventil 84c geschlossen und der Zapfen 92c des Auslegers 91c hat das Ventil 83c im Kaltwasservorlauf voll geöffnet. Desgleichen hält der Zapfen 93b des Auslegers 91b.das Ventil 84b im Kaltviasserrücklauf voll geöffnet. Auf der Warmwasserseite ist weiterhin nur das Warmwasserbeipaßventil 83a ganz offen, die beiden anderen Warmwasserventile 83b und 84a hingegen sind geschlossen. Es ergibt sich also am Ende des"Hubes der Antriebsstange 90, d.h. bei IQOfo Hub, die aus Figur 8 ersicht liche Verteilung der Ströme. Hiernach fließt das gesamte Warm wasser durch den Beipaß und das gesamte Kaltwasser durch den Wärmeaustauscher.

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Bei umgekehrter Bewegung der Antriebsstange., d.h. in Gegenrichtung zum Pfeil 50» verlaufen die Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge. In jeder Lage der Antriebsstange fließt entweder nur Warmwasser oder nur KaiWasser zum Wärmeaustauscher oder der Wärmeaustauscher ist gänzlich von beiden Energieträgern getrennt. In beiden Kreisläufen fließen konstante Ströme ₃ so daß ständig Warm- und Kaltwasser sofort am Ventil zur Verfugung steht, falls bei einer Änderung der Lage der Antriebsstange anstelle des bisher zum Wärmeaustauscher fließenden Energieträgers nunmehr der andere Energieträger zum Wärmeaustauscher geleitet werden soll. Die Umwälzpumpen in beiden Kreisläufen arbeiten ständig und bei gleichbleibendem Druck.

Die Verbindungsleitung 6~5 zwischen den Anschlüssen 73a 73t> und die Verbindungsleitung 6K zwischen den Anschlüssen 75t> und 75c sind in Figur 5 schematisch als außerhalb des Ventils liegend angesehen. Diese Leitungen können jedoch auch unmittelbar am oder im Ventil vorgesehen sein. Das gleiche gilt für die Verbindungsleitung 66 zwischen den Anschlüssen 75a und 75c.

Das Ventil gemäß der Neuerung zeichnet.sich durch einen einfachen und gedrängten Aufbau aus. Die Verwendung von Kegelventilen anstelle eines Steuerkolbens verringert die erforderliche Antriebskraft beträchtlich, insbesondere wenn die Ventilkegel gemäß der in den Ausführungsbeispielen erläuterten Ausführungsformen nicht in Achsrichtung vom Ventilsitz

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abgehoben sondern gekippt werden. Ein solcher Ventilaufbau ist außerdem relativ unempfindlich gegen Ansatz von Kesselstein oder anderen Ablagerungen aus der Heiz- oder Kühlflüssigkeit. Das neue Ventil erweist sich zwar als besonders vorteilhaft im Einsatz in Vierleiter-Klimaanlagenj es kann jedoch darüberhinaus auch für andere Zwecke verwendet werden.

Claims (22)

P.A. 700 6^-9,12.67 - 19 - HONEYWELL INC. Schutzansprüche

1. Mehrwegeventil mit drei Gruppen von Leitungsanschlüssen und einem gemeinsamen Antrieb, insbesondere zum wahlweisen und regelbaren Anschluß eines Heizmittel- und eines Kühlmittelkreislaufes an einen Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Anschluß (2^a; 25a) der ersten und der zweiten Anschlußgruppe (25, 25) und einem Anschluß (24a) der dritten Anschlußgruppe (24) sowie zwischen einem anderen Anschluß (23b; 25b) der ersten und der zweiten Anschlußgruppe und einem zweiten Anschluß (24b) der dritten Anschlußgruppe je eines von vier in Schließrichtung federnd vorbelasteten Durchgangsventllen angeordnet ist und mit seinem Betätigungsteil (3>6) Jeweils in eine mit dem betreffenden Anschluß der dritten Anschlußgruppe in Verbindung stehende Kammer (21a, b) hineinragt und daß ein Teil (4o) des gemeinsamen Antriebs (16, 4o) diese beiden gegeneinander abgedichteten Kammern durchsetzt und mit Ansätzen (42a, b; 44a, b) versehen ist, welche in bestimmten Stellungen des Antriebes mit den Betätigungsteilen der Ventilschließkörper ^ ) im Eingriff sind.

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2. Ventil nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Leitungsanschlüssen (24a, b) der dritten Gruppe in Verbindung stehenden und vom Antrieb durchsetzten Kammern (21a, b) in Bewegungsrichtung einer Antriebsstange (4-0) gleichachsig hintereinander angeordnet. sind.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die zwischen der dritten und den beiden anderen Gruppen von Leitungsanschlüssen befindlichen Ventile mit der Achse ihrer Ventilsitze (JOa, b) rechtwinkelig zur Bewegungsrichtung der Antriebsstange (4o) angeordnet sind,

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (JOa, b) sich paarweise gegenüber liegen.

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sieh an die Ventilsitze (30a, b) auf der der Antriebsstange (40) abgewandten Seite weitere, vorzugsweise zylindrische Kammern (20a, bj 22a, b) anschließen, an deren dem Ventilsitz abgewandten Bodenteilen·(29a, b) sich Je eine Feder (35a> b) abstützt, welche den betreffenden Schließkörper (3Ja, b; 34a, b) in Richtung auf den Ventilsitz (30a, b) drückt.

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6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsteile der Schließkörper (55a, b; 34a, b) durch auf der der Antriebsstange (4o) zugewandten Seite vorgesehene Stifte (56a, b) gebildet und die Schließkörper um eine Kante (32a, b) der Ventilsitze (50a, b) kippbar sind.

7· Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (JOa, b) auf der der Antriebsstange (4o) zugewandten Seite konisch erweitert sind.

8. Ventil nach Anspruch β oder 7, dadurch gekennzeichne t,daß die Ventilsitze (30a, b) eine kreisringförmige, die Durchlaßöffnung umgebende Sitzfläche (31a, b) aufweisen, die von einer ebenfalls kreisringförmigen, vorzugsweise in Achsrichtung etwas zurückgesetzten, als Kipplager dienenden Fläche (32a, b) umgeben ist, und daß der Außendurchrnesser der Schließkörper (33a, b; 34a, b) größer ist als der der äußeren Ringfläche (32a, b).

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r e h ge kennzeichnet, daß jede Gruppe (23, 24, 25) von Leitungsanschlüssen jeweils zwei Anschlüsse (23a, b; 24a, b; 25a, b) aufweist und die Ansätze (42a, b; 44a, b) der Antriebsstange (4o) derart angeordnet sind, daß in den beiden Endstellungen der Antriebsstange jeweils die Ventile der

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ersten Gruppe geöffnet und die der zweiten Gruppen geschlossen sind und umgekehrt, während in einer Mittelstellung alle Ventile geschlossen sind (Figur 2).

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (23a, b) der ersten Gruppe Befestigungsmittel zur Verbindung mit den Leitungen (WWV, WWR) für einen ersten Energieträgerstrom (z.B. Warmwasser), die Anschlüsse (25a, b) der zweiten Gruppe Befestigungsmittel zur Verbindung mit den Leitungen (KlW, KWR) für einen zweiten Energieträgerstrom (z.B. Kaltwasser) und die Anschlüsse (24a, b) der dritten Gruppe Befestigungsmittel zur Verbindung mit den Anschlußleitungen (WAV, WAR) eines wahlweise mit dem ersten oder zweiten Energieträgerstrom zu versorgenden Verbrauchers (10) aufweisen.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (73, 7^, 75) von Leitungsanschlüssen jeweils drei Anschlüsse (73a, b, c; 7^a, b, cj 75a, b, c) aufweist und sechs Durchgangsventile vorgesehen sind, wobei die Ansätze (92a, b, e; 93a, b, c) der Antriebsstange (90) derart angeordnet sind, daß in der einen Endstellung (Figur 5) der Antriebsstange in der ersten Gruppe (73) das dem zweiten Anschluß (73b) zugeordnete und in der zweiten Gruppe (75) das dem ersten (75a)

und dritten Anschluß (75c) zugeordnete Ventil geöffnet und die anderen Ventile geschlossen sind, während in der anderen Endstellung (Figur 7) die Ventile gerade die jeweils entgegengesetzte Lage einnehmen, und daß in einer Mittelstellung (Figur 6) das dem ersten Anschluß (73a) der ersten Gruppe und das dem dritten Anschluß (75c) der zweiten Gruppe zugeordnete Ventil geöffnet und die übrigen Ventile geschlossen sind (Figur 4).

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (92a, c; 93a, c) zur Betätigung der den ersten und dritten Anschlüssen jeder Gruppe zugeordneten Ventile auf der Antriebsstange (90) verschiebbar geführt sind.

13. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (42, 44) zur Betätigung der Ventile von seitlichen Auslegern (41, 43) die Antriebsstange (4o) umschließender Hülsen (45) getragen sind.

14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Lage der Hülsen (45) durch in Einschnitte der Antriebsstange (4o) eingesetzte, geschlitzte Federringe (46) festgelegt ist.

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15. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichne t, daß für die Ansätze (92a, c; 95a, c), welche die den ersten und dritten Anschlüssen jeder Gruppe zugeordneten Ventile betätigen, nur auf der den zweiten Anschlüssen (73b* 7^b* 75b) zugewandten Seite ein Anschlag (87, 88) auf der Antriebsstange (4o) vorgesehen ist, während die Ansätze auf der gegenüber liegenden Seite an je einer sich einseitig gehäusefest abstützenden Feder (96, 98) anliegen.

16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß' für die den ersten und dritten Anschlüssen zugeordneten Ventilbetätigungsansätze auf der den Federn (96, 98) abgewandten Seite je ein ortsfester Anschlag (6la, c) vorgesehen ist, welcher außerhalb des Verschiebeweges des zugehörigen Anschlages (87, 88) der Antriebsstange (j90) liegt und dessen Bewegung im Totgang gegenüber dem betreffenden Ventilbetätigungsansatz nicht behindert.

17. Ventil nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfesten Anschläge (6la, c) durch die Stirnkanten zweier sich in Richtung der Antriebsstange (90) erstreckender Gehäusebohrungen (62a, c) von der Tiefe etwa des halben Stangenhubes gebildet-sind.

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l8. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichn et, daß der erste und dritte Anschluß (74a, c) der dritten Gruppe (74) Befestigungsmittel zur Verbindung mit den Zulaufleitungen (WWV, KWV) für einen ersten und zweiten Energieträgerstrom, der erste und zweite Anschluß (75a, b) der ersten Gruppe (75) Befestigungsmittel zur Verbindung mit der Rücklaufleitung (WWR) für den ersten Energieträgerstrom, der zweite und dritte Anschluß (75b, c) der zweiten Gruppe (75) Befestigungsmittel zur Verbindung mit der Rücklaufleitung (KWR) für den zweiten Energieträgerstrom, der dritte Anschluß (73c) der ersten Gruppe und der erste Anschluß (75a) der zweiten Gruppe Befestigungsmittel zur Verbindung mit der Zulaufleitung (WAV) zu einem Verbraucher (10) und der zweite Anschluß (74b) der dritten Gruppe Befestigungsmittel zur Verbindung mit der Rücklaufleitung (V/AR) vom Verbraucher aufweist.

19. Ventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten beiden Anschlüssen (74a, b)..der ersten Gruppe und den letzten beiden Anschlüssen (75b, c) der zweiten Gruppe je eine Verbindungs] -leitung (63, 64.) angeordnet ist.

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20. Ventil nach Anspruch 18 oder 19,dadurch g. e kennzeichnet, daß zwischen dem ersten Anschluß (75a) der zweiten Gruppe und dem dritten Anschluß (73c) der ersten Gruppe eine Verbindungsleitung (66) angeordnet ist.

21. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus mehreren gegeneinander abgedichteten Teilgehäusen (65a, b, c) besteht, von denen jedes je einen Anschluß (z.B. 73a, 7^a, 75a) jeder Gruppe aufweist.

22. Ventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgehäuse (65a, b, c) im wesentlichen gleich aufgebaut sind und ihre Anzahl der Zahl der Anschlüsse pro Gruppe entspricht.