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Die
Erfindung betrifft einen Stellkopf in Verbindung mit einem Dreiwegeventil,
wobei eine direkte Verbindung über
eine Ventilstange und eine Stellkopfstange kraftschlüssig besteht,
wobei eine Regelung von Heißwasserströmen in einer
Nahwärme- oder Fernwärmestation
in Verbindung mit einer Brauchwasserabnahme stattfindet.
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Bekannt
ist ein Gebrauchsmuster 295 21 248.9 „Ventil" des Anmelders, wobei ein Ventil, insbesondere
ein Dreiwegeventil im Zusammenhang mit einem Stellkopf zur Regelung
von Heißwasserströmen in einer
Nahwärme- oder Fernwärmestation
aufgezeigt wird.
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Der
gegebene Stand der Technik zeigt im Stellkopf insbesondere eine
Stellkopfstange, welche beweglich in dem Stellkopf vorhanden ist.
In diesem Stellkopf ist eine Membran in Verbindung mit einem Hütchen gegeben,
wobei das Hütchen
auf einem Steuerkonus eine Öffnung
und Schließung
je nach Druckverhältnis
des Durchflusses beim Eingangsstellkopf bzw. Ausgangsstellkopf regelt.
Des Weiteren ist das Hütchen
an der Stellkopfstange unterhalb mit einem Wellensicherungsring
gesichert.
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Der
Nachteil dieser technischen Lösung stellt
sich dahingehend heraus, dass bei längerer Nichtinbetriebnahme
des Ausgangsstellkopfes, also einer Brauchwasserentnahme, die vorhandenen Nullringe
an der Stellkopfstange durch den Stillstand eine Festhaltung der
Stellkopfstange und damit eine Nichtfunktionsfähigkeit des Stellkopfes hervorrufen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, über
eine weitere Krafteinwirkung auf das Hütchen die Schwerkraft zwischen
den Nullringen und der Stellkopfstange zu überwinden.
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Die
Erfindung wird aufgabengemäß dadurch gelöst, dass
der Hauptanspruch 1 mit seinen entsprechenden Unteransprüchen ausgeführt wird.
Dabei wird an dem Hütchen,
welches unterhalb an der Stellkopfstange bereits einen Wellensicherungsring
aufweist, oberhalb des Hütchens
ein weiterer Wellensicherungsring angeordnet. Durch diese beiden
Wellensicherungsringe oberhalb und unterhalb der Stellkopfstange
ist das Hütchen
fest arretiert.
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Der
Differenzdruck über
der Membran bewirkt bei einer Brauchwasserentnahme die Lösung der
Stellkopfstange, da jetzt eine feste Arretierung des Hütchens nach
oben hin an der Stellkopfstange gegeben ist.
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Die
Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel
und anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
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1: Querschnitt Stellkopf
und Dreiwegeventil
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2: Querschnitt Stellkopf
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt einen Stellkopf 21 mit einem angeschlossenen Dreiwegeventil 22.
Das Dreiwegeventil 22 leitet den Heißwasserstrom in Abhängigkeit
von dem Stellsignal des Stellkopfes 21 durch ein Heizkörpersystem
oder eine Wärmeübertragung
zur Brauchwassererwärmung. Dabei
fließt
durch den Stellkopf 21 je nach Bedarf Brauchwasser, welches
zu einer Brauchwassererwärmung
in einen Wärmeübertrager
geleitet wird. Somit ist es notwendig, ein annähernd proportionales Stellsignal
je nach Bedarf des Brauchwassers zu ermitteln, um damit den Durchfluss
im Heizkörpersystem
bzw. im Wärmeübertragersystem
zu regeln.
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Der
Stellkopf 21 ist wie folgt aufgebaut. Am Eingang Stellkopf 1 liegt
die vorhandene Brauchwasserleitung an. Am Ausgang Stellkopf 5 wird
durch Veränderung
der Entnahmeleistung der Verbrauch vom Abnehmer bestimmt.
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In
dem Stellkopf 21 ist mittig eine bewegliche Stellkopfstange 7 angeordnet.
Diese Stellkopfstange 7 muss mit einer definierten Kraft
beaufschlagt werden. In dem angeführten Ausführungsbeispiel ist dies mit
den Federkräften
der Ventilfeder 8 und der Ventiltellerfeder 12 des
Dreiwegeventils 22 dadurch realisiert, dass der Stellkopf 21 und
das Dreiwegeventil 22 miteinander kraftschlüssig verbunden
sind. Mittig ist im Stellkopf 21 eine Membran 4 mit
einem Hütchen 3 vorhanden.
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Diese
Membran 4 wird mit einer Kammerfeder 6 beaufschlagt.
Die Membran 4 ist mit dem Hütchen 3 durch eine
Klebverbindung 30 oder ähnlichen Verfahren
fest verbunden. Damit eine Wegänderung des
Hütchens 3 auf
die Stellkopfstange 7 übertragen werden
kann, ist er mit 2 Wellensicherungsringen 17 und 28 oberhalb
und unterhalb an der Durchführung der
Stellkopfstange 7 verbunden.
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Das
Hütchen 3 weist
dabei eine Zylinderform auf, welche unten geöffnet ist. Im oberen Bereich
des Hütchens 3 sind
vier Öffnungen 15 vorhanden,
durch die das Medium Brauchwasser bei geöffnetem Zustand durchströmt. Die Öffnungen
sind vorzugsweise durch vier Bohrungen realisiert. Das Hütchen 3 verschließt einen
Steuerkonus 2. Der Steuerkonus 2 weist im unteren
Bereich eine zylindrische Form auf, wobei nachfolgend ein Kegelstumpf
vorhanden ist. Der Steuerkonus 2 ist fest mittig in dem
Stellkopf 21 angeordnet. Die Stellkopfstange 7 läuft dabei
mittig beweglich entlang. Der Steuerkonus 2 weist in dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
eine Größe von 9
mm Durchmesser im zylindrischen Bereich auf, wobei die Gesamthöhe des Steuerkonus 2 etwa
6 mm beträgt.
Der zylindrische Aufbau des Steuerkonus 2 ist ca. 4,5 mm
hoch. Der kegelstumpfförmige
Aufbau kann je nach Anwendungsfall in seiner Verjüngung veränderbar
ausgefertigt sein. Hierbei ist es wichtig, welcher Ringspalt für die Fließbarkeit
des Mediums notwendig ist. Die innere Breite des Hütchens 3 ist
so ausgefertigt, dass es passend den zylindrischen Aufbau des Steuerkonus 2 umschließt. Ist
der Ausgang Stellkopf 5 geschlossen, so verschließt das Hütchen 3 in
Verbindung mit der Membran 4 den Steuerkonus 2,
so dass nur der obere Bereich der zylindrischen Form des Steuerkonus 2 beaufschlagt
wird. Im geschlossenen Zustand des Ausgangs Stellkopf 5 ist somit
durch die vorhandene Federkraft der Kammerfeder 6 und des
anliegenden Druckes des Mediums Brauchwasser ein geschlossener Zustand
des Hütchens 3 mit
dem Steuerkonus 2 vorhanden. Ist an dem Ausgang Stellkopf 5 eine
Verbraucherabnahme durchgeführt
worden, ist auf Grund der veränderten Druckverhältnisse
und des entstehenden Differenzdruckes in der Membrankammer eine
Membranbewegung nach oben hervorgerufen. Dadurch wird das Hütchen 3 in
den Bereich des Kegelstumpfaufbaus des Steuerkonus 2 gehoben,
und das Medium Brauchwasser kann über den entstehenden Ringspalt
zwischen den Öffnungen 15,
vier Bohrungen des Hütchens 3 und
der Kegelstumpfform des Steuerkonus 2 fließen. Auf
Grund der vorhandenen Gegenkraft an der Stellkopfstange 7 wird
nun ein annähernd proportionaler
Stellweg zum Durchfluss des Brauchwassers bewirkt. Der Wellensicherungsring 14,
welcher das Hütchen 3 nach
unten begrenzt, bewirkt, dass im geschlossenen Zustand des Ausgangs
Stellkopf 5 das Hütchen 3 nur
im oberen Bereich des zylindrischen Aufbaus des Steuerkonus 2 anliegt.
An dem Stellkopf 21 ist über Schrauben 16 ein
Dreiwegeventil 22 angeschlossen. Dabei sind die Stellkopfstange 7 und
die Dreiwegeventilstange 9 kraftschlüssig verbunden.
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Nachfolgend
wird das Dreiwegeventil 22 beschrieben. Mittig in dem Dreiwegeventil 22 ist
eine Dreiwegeventilstange 9 beweglich angeordnet. Im Ventilinnenraum 20 ist
unterhalb der Öffnung 23 des Eingangs
Dreiwegeventil 25 ein Ventilteller 11 vorhanden,
welcher mit einem Wellensicherungsring 13 nach oben hin
fest arretiert ist. An diesem Ventilteller 11 ist eine
Ventiltellerfeder 12 vorhanden, welche unterhalb der Ventiltellerfeder 12 mit
einem Federhalter 18 verbunden ist. Nachfolgend ist ein
Wellensicherungsring 17, welcher den Federhalter 18 nach
unten hin fest arretiert, vorhanden. An diesem Wellensicherungsring 17 folgt
ein Ventilkegel 10, welcher so aufgebaut ist, dass er die Öffnung 24 des
Eingangs Dreiwegeventil 26 im Ventilinnenraum 20 schließt. Der Ventilkegel 10 weist
eine kegelähnliche
Form auf, welche nach unten hin verjüngt ist. Zum Schließen der Öffnung 24 ist
eine überlappende
Oberkante am Ventilkegel 10 vorhanden. An den Ventilkegel 10 schließt sich
ein Federhalter 19 für
eine nachfolgende Ventilfeder 8 an. Dabei ist die Ventilfeder 8 in
ihrer Federkraft höher
dimensioniert als die Ventiltellerfeder 12.
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Ist
an dem Stellkopf 21 am Ausgang Stellkopf 5 keine
Verbraucherabnahme vorhanden, so wirkt die Kraft der Ventilfeder 8 auf
die Stellkopfstange 7 des Stellkopfes 21. Dabei
sind aber die Kräfte der
Kammerfeder 6 und die vorhandenen Drücke so groß, dass das Hütchen 3 mit
dem Steuerkonus 2 des Stellkopfes 21 im geschlossenen
Zustand verbleibt. Weiterhin ist der Ventilteller 11 für die Öffnung 23 im
geöffneten
Zustand, wobei der Ventilkegel 10 die Öffnung 24 geschlossen
hält. Somit
wird ein maximaler Volumenstrom des Heizungswassers über das
Dreiwegeventil 22 gewährleistet.
Wird nun, wie schon beschrieben, durch Öffnen des Ausgangs Stellkopf 5 die
Stellkopfstange 7 nach oben hin bewegt, wird durch die
Federkräfte
der Ventilfedern 8 und 12 der Dreiwegeventilstange 9 eine
gleichzeitige Bewegung der Dreiwegeventilstange 9 nach
oben hin hervorgerufen. Der Ventilteller 11 ist so angeordnet,
dass bei einem Stellweg von etwa 3 mm die Dreiwegeventilstange 9 nach
oben hin über
den Ventilteller 11 die Öffnung 23 schließt.
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Erfindungswesentlich
ist jetzt hierbei, dass gleichzeitig die Öffnung 24 durch den
Ventilkegel 10 geöffnet
ist, aber diese Öffnung,
die hierdurch hervorgerufen wird, nicht die Maximalöffnung darstellt.
Wird nun eine weitere Erhöhung
des Verbrauchs von Brauchwasser am Ausgang Stellkopf 5 durchgeführt, wird
ein weiteres Stellsignal der Stellkopfstange 7 nach oben
hin erzeugt, womit auch eine weitere Veränderung der Lage der Dreiwegeventilstange 9 nach oben
hin entsteht, da über
die Ventilfeder 8 eine weitere Kraftwirkung gegen die Ventiltellerfeder 12 vorhanden
ist und somit sich eine weitere Öffnung
der Öffnung 24 durch
den Ventilkegel 10 einstellt. Das Erfindungswesentliche
ist hierbei, dass bei geschlossenem Zustand der Öffnung 23 durch den
Ventilteller 11 ein weiteres variables Öffnungsverhalten der Öffnung 24 durch
den Ventilkegel 10 möglich
ist. Durch diese Anordnung des Ventilkegels 10 und des
Ventiltellers 11 in Opposition zueinander wird eine Vorrangschaltung
realisiert. Wird nun der Verbrauch am Ausgang Stellkopf 5 wieder
vermindert, wird durch die Druckverhältnisse in der Membrankammer
des Stellkopfes 21 und die Federkraft der Kammerfeder 6 das
Hütchen 3 auf
den Steuerkonus 2 aufgesetzt, wodurch der Ringspalt zwischen
dem Steuerkonus 2 und der Öffnung 15 des Hütchens 3 verringert
wird, womit die Stellkopfstange 7 nach unten bewegt wird,
auf Grund der Kraft, welche auf die Membran 4 mit dem Hütchen 3 wirkt,
und des nach unten hin arretierten Hütchens 3 durch den
Wellensicherungsring 14, womit auch die Dreiwegeventilstange 9 nach
unten bewegt wird und ein Öffnen
der Öffnung 23 und
ein Schließen der Öffnung 24 hervorruft.
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Die
erfindungsgemäßen Vorteile
liegen darin begründet,
dass in dem Stellkopf 21 eine Ventilwirkung erreicht wird,
ohne dass zusätzlich eine
gesonderte Stelldrossel vorhanden ist und gleichzeitig eine Erfassung
der Durchgangsgröße des Mediums
erfolgt und in einen annähernd
proportionalen Stellweg umgewandelt wird. Somit ist eine kompakte
Bauweise des Stellkopfes 21 möglich. Weiterhin sind erfindungsgemäß vorteilhaft
die Anordnung des Ventiltellers 11 und des Ventilkegels 10 in
dem Dreiwegeventil 22, da im geschlossenen Zustand des
Ventiltellers 11 der Öffnung 23 eine
weitere Veränderung
des Öffnungsgrades
der Öffnung 24 durch
den Ventilkegel 10 erfolgen kann, obwohl die Öffnung 23 durch
den Ventilteller 11 geschlossen bleibt. Somit ist eine
Vorrangschaltung gegen einen vorhandenen Volumenstrom am Eingang
Dreiwegeventil 25 gegen den Eingang Dreiwegeventil 26 gegeben.
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- 1
- Eingang
Stellkopf
- 2
- Steuerkonus
- 3
- Hütchen
- 4
- Membran
- 5
- Ausgang
Stellkopf
- 6
- Kammerfeder
- 7
- Stellkopfstange
- 8
- Ventilfeder
- 9
- Dreiwegeventilstange
- 10
- Ventilkegel
- 11
- Ventilteller
- 12
- Ventiltellerfeder
- 13
- Wellensicherungsring
- 14
- Wellensicherungsring
- 15
- Öffnung
- 16
- Schrauben
- 17
- Wellensicherungsring
- 18
- Federhalter
- 19
- Federhalter
- 20
- Ventilinnenraum
- 21
- Stellkopf
- 22
- Dreiwegeventil
- 23
- Öffnung
- 24
- Öffnung
- 25
- Eingang
Dreiwegeventil
- 26
- Eingang
Dreiwegeventil
- 27
- Ausgang
Dreiwegeventil
- 28
- Wellensicherungsring
- 30
- Klebverbindung