DE202005008889U1

DE202005008889U1 - Steuergerät mit Ventilen

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Publication number: DE202005008889U1
Application number: DE200520008889
Authority: DE
Original assignee: SOLTHERM AG; SOLTHERM AG ALTENDORF
Current assignee: SOLTHERM AG; SOLTHERM AG ALTENDORF
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2015-06-02

Abstract

Steuergerät (10, 10', 10") mit einem sechs Anschlüsse (36, 36', 38, 38', 40, 40') aufweisenden, als 6/2-Wegeventil wirkenden Steuerteil (16) und einem Antrieb (18) zum Bewegen eines Schaltgliedes (28, 28') des Steuerteils (16) zwischen einer ersten Endlage (30) und einer zweiten Endlage (32), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerteil (16) zwei separate, als 3/2-Wegeventile wirkende und drei Anschlüsse (36, 38, 40 bzw. 36', 28', 40') aufweisende Drehventile (26, 26') mit je einem um eine Drehachse (44, 44') drehbaren Schaltglied (28, 28') aufweist und die auf je einer, koaxial zu der zugeordneten Drehachse (44, 44') verlaufenden, Ventilwelle (53, 53') drehfest angeordneten Schaltglieder (28, 28') zwecks Synchronisation über ein Getriebe (22) miteinander und mit dem Antrieb (18) verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäss dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Besonders im Bereich der Klimaanlagen werden Steuergeräte mit als 6/2-Wegeventile wirkenden Hubventilen eingesetzt, bei welchen ein antriebsunterstütztes Umschalten zwischen zwei Schaltpositionen der Hubventile dadurch erfolgt, dass ein Schaltglied in Form einer Spindelstange zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage verschoben wird. Dabei ist eine Position der Spindelstange zwischen den zwei Endlagen möglich. Solche Steuergeräte weisen einen metallischen, zylinderrohrartigen Ventilkörper auf, in welchem zwei, als 3/2-Wegeventil wirkende Ventile mit jeweils drei radial zum Ventilkörper angeordneten Anschlüssen derart hintereinander angeordnet sind, dass sie von der Spindelstange gemeinsam durchgriffen sind. Zwischen den Ventilen ist eine, die Spindelstange radial umgreifende Dichtung angeordnet. Die Anschlüsse dienen dabei zur Verbindung der Ventile mit den Anschlüssen der Klimaanlage.
Ein solches Steuergerät weist zum Beispiel bei einem Einsatz zur Ansteuerung eines Klimakonvektors den Nachteil auf, dass bei einem Anschluss von Kalt- und Warmwasserleitungen am gemeinsamen Ventilgehäuse ein unerwünschter, durch Wärmeleitung verursachter thermischer Verlust stattfindet. Des weiteren können sich bei einer ungenügenden oder schadhaften Dichtung zwischen den beiden Ventilen die Fluidmedien der beiden Ventile miteinander vermischen und weitere thermische Verluste verursachen.
Zudem ist es möglich, dass bei einer Zwischenposition des Hubventil zwischen den zwei Endlagen alle drei Anschlüsse pro Ventil miteinander verbunden werden, was beispielsweise eine ungewollte Vormischung von Kalt- und Warmwasser – und damit ebenfalls thermische Verluste zur Folge haben kann. Diese thermischen Verluste können den Wirkungsgrad der Klimaanlage empfindlich herabsetzen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese thermischen Verluste, welche durch das obgenannte Steuergerät verursacht werden, zu vermindern.
Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemässen Steuergerät nach Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass die als 3/2-Wegeventile wirkenden Drehventile in separaten Gehäusen untergebracht sind, wird eine direkte Wärmeleitung zwischen den Gehäusen unterbunden. Die Drehventile haben weiter den Vorteil, dass sie weitgehend unempfindlich gegen Schmutz sind und trotzdem eine erstklassige Absperrung gewährleisten können, welche mit herkömmlichen Hubventilen kaum erreichbar ist. Besonders in Heiz-/Kühlsystemen, beziehungsweise Klimaanlagen verbleiben selbst nach einer Reinigung oft immer noch grosse Verschmutzungen, was dazu führt, dass Verluste infolge schmutzbedingter Leckage (besonders an den Ventilsitzen von Hubventilen) auftreten können. Diese Problematik stellt sich bei Drehventilen nicht mehr. Das Drehventil ist unempfindlicher gegen Schmutz als ein Hubventil, daher dichtet es auch besser ab – was die Betriebssicherheit erhöht. Weiter hat das Drehventil den Vorteil, dass keine ungewollte Vermischung der angeschlossenen Medien innerhalb des Ventils stattfinden kann. Eine Synchronisation der Schaltglieder der Drehventile wird mittels eines Getriebes erzielt.
Eine Ausführungsform gemäss Anspruch 2 hat den Vorteil, dass ein montagefreundlicher Aufbau des Steuergerätes, verbunden mit einer besonders einfachen Montage und Ausführung des Getriebes möglich ist.
Eine Ausführungsform gemäss Anspruch 3 hat den Vorteil, dass das Drehventil in Form eines Dreiweg-Kugelhahn trotz Schmutzunempfindlichkeit eine erstklassige Absperrung der Medien gewährleisten kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass er auch bei grossem Vordruck zuverlässig öffnen und schliessen kann, das heisst von einer Endlage in eine andere Endlage bewegbar ist. Beim Umschalten von einer Endlage in eine andere Endlage durchläuft ein Teilkanal im Schaltglied des Kugelhahns üblicherweise einen kurzen Totbereich, wo eine vollständige Absperrung aller Anschlüsse während des Umschaltvorganges gewährleistet ist. Dieser Totbereich wird in der vorliegenden Erfindung gezielt dazu verwendet, dass sich die an den Anschlüssen des Drehventils angeschlossenen Medien bauartbedingt nie miteinander vermischen können und so den Wirkungsgrad der Anlage durch ein unerwünschtes Vormischen der Medien nicht beeinträchtigen können.
Ein T-förmiges Gehäuse gemäss Anspruch 4 bringt den Vorteil mit sich, dass die Anschlüsse einfach und übersichtlich vorliegen und auch dementsprechend einfach und mit kurzer Montagezeit beispielsweise in ein Kühl-/Heizsystem einer Klimaanlage eingebunden werden können.
Das Schaltglied der jeweiligen Dreiweg-Kugelhähne weist eine L-förmige Durchdringung auf, welche in den beiden Endlagen jeweils den ersten und den zweiten oder den ersten und den dritten Anschluss jedes Drehventils hydraulisch miteinander verbindet und in einer Position zwischen den beiden Endlagen die an den zweiten und dritten Anschlüssen angeschlossenen Medien vollständig voneinander absperrt.
Eine Ausführungsform gemäss Anspruch 5 hat den Vorteil, dass eine besonders bedienerfreundliche Anschlussgeometrie bei kompakter Bauweise erreicht wird.
Die besonders bevorzugte Ausführungsform gemäss Anspruch 6 hat den Vorteil, dass die Kompaktheit des Steuergeräteaufbaus und ein montagegerechtes Beieinanderliegen der Anschlüsse zusätzlich begünstigt wird.
Weiter bietet die bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 7 den Vorteil, dass der elektrische Stellmotor wartungsarm, kompakt und mit kleinstem Aufwand steuerbar, regelbar und kontrollierbar ist.
Mit einer Ausführungsform gemäss Anspruch 8 kann eine besonders flache Bauhöhe des Getriebes erreicht werden. Stirnzahnräder bieten zudem den Vorteil, dass sie besonders günstige Herstellungs- und Montagekosten mit sich bringen. Überdies können für das Getriebe Standardzahnräder verwendet werden, was wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
Durch eine Ausführungsform gemäss Anspruch 9 kann ein besonders einfacher Getriebeaufbau bei gleichzeitig minimalem Teilebedarf erreicht werden.
Eine Ausführungsform gemäss Anspruch 10 ermöglicht es, dass die Schaltglieder bei einer Position zwischen den beiden Endlagen eine Drosselwirkung bewirken, welche dazu verwendet werden kann, eine Wärmeabgabe in Funktion des Öffnungsgrades (des Drehwinkels), das heisst der Position der Schaltglieder zu bewirken. Zudem tritt in der Zwischenposition keine unerwünschte Vermischung der angeschlossenen Medien auf.
In der Ausführungsform gemäss Anspruch 11 weist die Positionierscheibe beispielsweise Markierungen und/oder schlitzförmige Durchdringungen auf, mit welchen die Sensorikeinheit die Position des Schaltgliedes, respektive der Drehwinkel der Ventilwelle optisch erfasst, um sie zu Steuer- oder Regelzwecken an ein dazu geeignetes Steuer- oder Regelgerät, beispielsweise in Form eines Raumbuskontrollers, zu übermitteln. Damit kann nun Gewissheit über die Position der Schaltglieder erlangt werden, um bei einer allfälligen Soll-Ist-Abweichung des Drehwinkels noch rechtzeitig korrigierend einzugreifen zu können.
Durch eine Verwendung des Steuergerätes gemäss Anspruch 12 reicht ein einziges, erfindungsgemässes Steuergerät zur betriebssicheren Ansteuerung von zwei Klimakonvektoren aus. Durch die Synchronisation mit dem Getriebe wird sichergestellt, dass die beiden Klimakonvektoren jeweils identisch angesteuert und mit Fluidmedien versorgt werden, womit eine einheitliche Kühlung oder Beheizung eines Raumes erzielt werden kann. Wenn beide Drehventile parallel an denselben Klimakonvektor angeschlossen werden, kann die Leistung dieses Klimakonvektors verdoppelt werden.
Bei einer Verwendung des Steuergerätes gemäss Anspruch 13 reicht ein einziges, erfindungsgemässes Steuergerät zur betriebssicheren Ansteuerung eines Klimakonvektors aus. Wenn die Kühleingangsleitung am ersten und die Heizeingangsleitung am dritten Anschluss eines der Drehventile und die Kühlrücklaufleitung am ersten und die Heizrücklaufleitung am dritten Anschluss des anderen der Drehventile angeschlossen wird, entsteht eine räumliche Trennung der Kalt- und Warmwasserleitungen im Anschlussbereich des Steuergerätes, welche einen zusätzlichen thermischen Vorteil bringen kann.
Die obgenannten Vorteile machen das erfindungsgemässe Steuergerät insbesondere für einen Einsatz in Klimaanlagen zur Ansteuerung eines Klimakonvektors deshalb besonders geeignet.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen rein schematisch:
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Steuergerätes;
2 einen vereinfachten Querschnitt durch die Getriebeebene II-II des in 1 gezeigten, erfindungsgemässen Steuergerätes mit ungleich grossen Zahnrädern;
3 einen Längsschnitt durch das in 1 und 2 gezeigte, erfindungsgemässe Steuergerät entlang der in 2 gezeigten Schnittebene III-III, mit sich in der ersten Endlage befindendem Drehventil;
4 einen Längsschnitt durch das in den 1 bis 3 gezeigte, erfindungsgemässe Steuergerät in gleicher Darstellung wie in 3, nun mit sich in der zweiten Endlage befindendem Drehventil;
5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform in derselben Darstellung entlang der Schnittebene III-III wie in 2, mit einer Drehwinkelerfassung der Antriebswelle;
6 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform in derselben Darstellung entlang der Schnittebene III-III wie in 2, mit einer Drehwinkelerfassung der Ventilwelle;
7 einen vereinfachten Querschnitt durch das in 5 gezeigten Steuergerät entlang der Schnittebene VII-VII;
8 eine Detailansicht der in 7 gezeigten Positionierscheibe mit dazugehörender Sensorikeinheit;
9 einen vereinfachten Querschnittsausschnitt entlang der Schnittebene II-II wie in 1 durch die Getriebeebene einer vierten, alles gleich grosse Zahnräder aufweisenden Ausführungsform des Steuergerätes;
10 einen Schemaausschnitt einer Klimaanlage mit einem Dreileitersystem, Klimakonvektoren und einem erfindungsgemässen Steuergerät; und
11 einen Schemaausschnitt einer Klimaanlage mit einem Vierleitersystem, einem Klimakonvektor und einem erfindungsgemässen Steuergerät.
1 zeigt eine Ausführungsform eines, eine Längsrichtung L aufweisenden, erfindungsgemässen Steuergeräts 10, welches einen Antriebsteil 12, einen Getriebeteil 14 und einen Steuerteil 16 aufweist. Der Antriebsteil 12 umfasst einen, in einem Antriebsgehäuse 20 angeordneten Antrieb 18. Der Getriebeteil 14 fügt sich direkt an den Antriebsteil 12 an. Der Getriebeteil 14 umfasst ein, in einem Getriebegehäuse 24 angeordnetes Getriebe 22. Der Getriebeteil 14 ist zwischen dem Antriebsteil 12 und dem Steuerteil 16 angeordnet.
Der Steuerteil 16 umfasst zwei Drehventile 26, 26', welche je ein Schaltglied 28, 28' enthalten, welches jeweils zwischen einer ersten Endlage 30 und einer zweiten Endlage 32 bewegbar ist. Die Drehventile 26, 26' sind von einem Steuerteilgehäuse 34 umgeben, welches die Drehventile 26, 26' mit Ausnahme deren Anschlüsse 36, 36', 38, 38', 40, 40' partiell abdeckt, um ein Eindringen von Schmutz zu verhindern und die Drehventile 26, 26' vor Beschädigungen zu schützen.
Die Drehventile 26, 26' werden durch Dreiweg-Kugelhähne gebildet. Die T-förmigen Gehäuse 42, 42' der Dreiweg-Kugelhähne 26, 26' sind dabei derart aufgebaut, dass ein koaxial zur zugeordneten Drehachse 44, 44' verlaufender, in einem Drehachsenschenkel 55 angeordneter erster Anschluss 36, 36' vom Getriebeteil 14 in Richtung der Drehachse 44, 44' weg zeigt. Die Drehachsen 44, 44' sind dabei parallel zueinander angeordnet und bilden damit eine Verbindungsebene 54. Jedem T-förmigen Gehäuse 42, 42' ist rechtwinklig zur Drehachse 44, 44' eine Querachse zugeordnet, zu welcher je ein Querschenkel 48, 48' des T-förmigen Gehäuses 42, 42' koaxial verläuft. Die in die Längsrichtung L zeigenden Querschenkel 48, 48' weisen dabei einen zweiten Anschluss 38, 38' beziehungsweise einen dritten Anschluss 40, 40' auf.
2 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch die Getriebeebene II-II des in 1 gezeigten, erfindungsgemässen Steuergerätes 10. Das Getriebe 22 besteht dabei aus Stirnzahnrädern, wobei ein Treibrad 50 zwischen zwei Zahnrädern 52, 52' auf einer Verbindungsebene 54, welche durch die Drehachsen 44, 44' der (in 2 nicht gezeigten) Schaltglieder 28, 28' gebildet wird, kämmend eingreift. Die Zahnräder 52 und 52' sitzen dabei drehfest jeweils auf einer Ventilwelle 53, 53' mit den jeweiligen Schaltgliedern 28, 28'. Das Treibrad 50 sitzt dabei formschlüssig und drehfest auf der Antriebswelle 46 des Antriebs 18. Somit sind die als 3/2-Wegeventile wirkenden Drehventile 26, 26' zwecks Synchronisation über das Getriebe 22 miteinander, sowie mit dem Antrieb 18 verbunden. Die Drehachse 44, 44' und die Querachsen der Querschenkel 48, 48' liegen in den jeweiligen, den Drehventilen 26, 26' zugeordneten Querschenkeln 48, 48' des T-förmigen Gehäuse 42, 42' und bilden damit die Ventilebenen 56 beziehungsweise 56', welche rechtwinklig zur Verbindungsebene 54 angeordnet sind.
3 zeigt einen Längsschnitt durch das in 1 und 2 gezeigte, erfindungsgemässe Steuergerät 10 entlang der in 2 gezeigten Schnittebene III-III wobei sich das Drehventil 26 in der ersten Endlage 30 befindet. Der Antrieb umfasst einen elektrischen Stellmotor 65. Dort wo sich die Anschlüsse 36, 38, 40 treffen, ist das T-förmige Gehäuse 42 kugelartig ausgeformt und umfasst das kugelförmig ausgebildete Schaltglied 28. Im Innern des Schaltgliedes 28 ist ein Dreiweg-Kanal 58 eingearbeitet von welchem ein Teilkanal 60 des Dreiweg-Kanals 58 mit einem Stopfen 62 verschlossen ist, so dass eine L-förmige Durchdringung 64 im Schaltglied 28 gebildet wird. Der Stopfen 62 ist an seiner, der hydraulischen Verbindung der L-förmigen Durchdringung 64 zugewandten Stirnseite derart ausgeformt, dass er auf eine hydraulische Richtungsänderung des sich in der L-förmigen Durchdringung 64 befindlichen Mediums begünstigend wirken kann.
In dieser ersten Endlage 30 ist der erste Anschluss 36 mit dem zweiten Anschluss 38 hydraulisch verbunden, während der dritte Anschluss 40 abgesperrt ist. Die den Querschenkeln 48, 48' zugeordneten Anschlüsse 38 und 40, sowie der dem Drehachsenschenkel 55 zugeordnete Anschluss 36 weisen zur Montage von (nicht gezeigten) Anschlussleitungen jeweils ein Innengewinde 66 auf, welche der vereinfachten Darstellung wegen in 3 nicht gezeigt, dafür in 2 angedeutet sind. Das Schaltglied 28 ist mit dem Zahnrad 52 drehfest über die Ventilwelle 53 verbunden.
4 zeigt das in 3 gezeigte Steuergerät, wobei sich das Schaltglied 28 des Drehventils 26 nun in der zweiten Endlage 32 befindet. Gegenüber 3 ist das Schaltglied 28 demnach um 180° um die Drehachse 44 gedreht worden, um von der ersten Endlage 30 in die zweite Endlage 32 zu gelangen. In der zweiten Endlage 32 ist der erste Anschluss 36 mit dem dritten Anschluss 40 verbunden, während der zweite Anschluss 38 abgesperrt ist. Durch die Kugelform des Schaltgliedes 28 bleibt der erste Anschluss 36 stets geöffnet, während die L-förmige Durchdringung 64 dabei je nach Schaltstellung 30, 32 eine hydraulische Verbindung zum zweiten Anschluss 38 oder zum dritten Anschluss 40 schafft.
Wird nun das Schaltglied 28 von der einen Endlage 30 in die andere Endlage 32 um die Drehachse 44 gedreht, verschiebt sich ein Teilkanal 68 der L-förmigen Durchdringung 64 relativ zu den Anschlüssen 38 bzw. 40 und durchquert dabei einen Totraum 69, in welchem weder der zweite Anschluss 38 noch der dritte Anschluss 40 mit dem ersten Anschluss 36 hydraulisch verbunden ist.
Die Praxis hat gezeigt, dass handelsübliche Dreiweg-Kugelhähne 26, 26' gegenüber Hubventilen den Vorteil haben, dass sie eine erstklassige Absperrung der angeschlossenen Medien bewirken. Beispielsweise sind in einem Heiz- oder Kühlwasserkreislauf einer Klimaanlage Ablagerungen von Partikeln unvermeidlich, was bislang zu Betriebsausfällen führen konnte, da der Ventilsitz der Hubventile oder Tellerventile „hängen" blieb und das Ventil nicht mehr richtig schliessen, beziehungsweise absperren konnte. Durch den Einsatz von Drehventilen 26, 26' welche bauartbedingt schmutzunempfindlicher sind, kann nun eine absolut dichte Absperrung realisiert werden. Dadurch das die Schaltglieder 28, 28' jeweils in einem eigenen Gehäuse 42, 42' untergebracht sind, kann eine Wärmeübertragung zwischen den Drehventilen 26, 26' durch Wärmeleitung vermieden werden. Durch die räumliche Trennung der Drehventile 26, 26' ist es weiter unmöglich, dass sich die angeschlossenen Medien mischen. Das erfindungsgemässe Steuergerät 10 verursacht demnach bei einem Einsatz in einer Klimaanlage weniger Verluste, als bekannte Steuergeräte. Zudem ist ein sicherer Betrieb bei gleichzeitig tieferem Energieaufwand möglich, was letztendlich auch wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
5 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Steuergeräts 10' entlang einer Schnittebene, welche sich im Wesentlichen an derselben Stelle befindet, wie die Schnittebene III-III in 2. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind im Folgenden mit derselben Referenznummer wie bei Steuergerät 10 versehen. Es wird nur noch auf die Unterschiede zur in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform des Steuergerätes 10 hingewiesen.
Auf einer Antriebswelle 46', welche in der vorliegenden Ausführungsform vierkantförmig ausgeführt ist, ist im Antriebsteil 12' eine drehfest mit der Antriebswelle 46' verbundene Positionierscheibe 70 angebracht. Die kreisrunde Positionierscheibe 70 weist dabei Markierungen 72 oder schlitzförmige Durchdringungen 78 auf, welche es einer stationär im Antriebsgehäuse 20' angeordneten Sensorikeinheit 74, beispielsweise in Form eines Inkrementalgebers, ermöglichen, die Winkelposition der Antriebswelle 46' des Antriebs 18 festzustellen. Somit kann die Stellung der Drehventile 26, 26' das heisst der Öffnungsgrad deren Schaltglieder 28, 28' indirekt erfasst werden. Dadurch ist eine präzise Steuerung des Durchflusses ermöglicht.
Da in der in 5 gezeigten Ausführungsform das Treibrad 50 gemäss 2 doppelt so gross wie die auf den Drehachsen 44, 44' sitzenden Zahnräder 52, 52' ist, entspricht der Drehwinkel der Drehventile 26, 26' nicht direkt dem Drehwinkel des Treibrades 50, beziehungsweise der gemessenen Winkelposition der Positionierscheibe 70. Bei einer, beispielsweise durch einen 90° Stellmotor 65 ausgelösten Drehung der Antriebswelle um 90°, erfolgt eine Drehung der Schaltglieder 28, 28' um 180° um die zugeordnete Drehachse 44, 44'.
In einer Variante zur in 5 gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass die Positionierscheibe 70 und die Sensorikeinheit 74 im Getriebeteil 14 angeordnet sind.
6 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Steuergeräts 10" entlang einer wie in der 2 angeordneten Schnittebene III-III. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind im Folgenden mit derselben Referenznummer wie bei den Steuergeräten 10, 10' versehen.
Im Unterschied zum in der in 5 gezeigten Steuergerät 10' sind die Positionierscheibe 70 und die Sensorikeinheit 74 im Getriebeteil 14' untergebracht. Zudem ist die Positionierscheibe 70 in dieser Ausführungsform diesmal drehfest auf der Ventilwelle 53 eines der Drehventile 26, 26' angeordnet. Dadurch, dass die beiden Drehventile 26, 26' über das formschlüssige Getriebe 22 miteinander synchronisiert sind, reicht die direkte Erfassung der Position, beziehungsweise des Öffnungsgrades eines Drehventils 26, bzw. 26' aus, um die Winkelposition beider Drehventile 26, 26' zu kennen. Das Schaltglied 28 ist mit dem Zahnrad 52 und der Positionierscheibe 70 über die Drehachse 44 drehfest verbunden.
In einer Variante zur in 6 gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass die Positionierscheibe 70 und die Sensorikeinheit 74 im Antriebsteil 12 angeordnet sind.
7 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch die in 5 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemässen Steuergerätes 10' entlang der in 5 gezeigten Schnittebene VII-VII. Die kreisrunde Positionierscheibe 70 sitzt drehfest und formschlüssig auf der im Querschnitt quadratischen Antriebswelle 46 des Antriebs 18.
Die Positionierscheibe 70 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten Markierungen 72 in der Form von schlitzartigen Durchdringungen 78 auf, welche in einem peripheren Bereich 80 der Positionierscheibe 70, radial gegen die Achse 82 der Positionierscheibe 70 ausgerichtet angeordnet sind. Die Sensorikeinheit 74 ist stationär zu dieser drehbaren Positionierscheibe 70 derart angeordnet, dass der periphere Bereich 80 der Positionierscheibe 70 mit der Sensorikeinheit 74, welche beispielsweise eine Lichtschranke enthält, zusammenwirkt.
Ähnlich einer der schlitzförmigen Durchdringungen 78 weist die Positionierscheibe 70 eine breite schlitzförmige Durchdringung 92 auf, welche als Spezialmarkierung 92 dazu dient, eine Initialposition für die Sensorikeinheit 74 zu bilden. Es ist selbstverständlich denkbar, dass auch andere Ausführungsformen für die Spezialmarkierung 92 geeignet sind.
8 zeigt eine Ausführungsform der Positionierscheibe 70' für einen Einsatz im in 6 gezeigten Steuergerät 10" . Die Positionierscheibe 70' weist im Unterschied zur in 7 gezeigten Positionierscheibe 70 eine komplementäre Achsöffnung mit einer rechteckige Form auf, um drehfest und formschlüssig mit der entsprechend geformten Ventilwelle 53, 53' zusammenwirken zu können.
9 zeigt einen Ausschnitt eines wie in 2 dargestellten, vereinfachten Querschnitts durch die Getriebeebene einer vierten Ausführungsform. Im Unterschied zur in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen sind die Zahnräder 52, 52' und das Treibrad 50' alle gleich gross. In einer solchen Ausführungsform des Steuergerätes 10, 10', 10" , ist der Drehwinkel der Schaltglieder 28, 28' gleich dem Drehwinkel der Antriebswelle 46, 46', 46" ist, weshalb sich eine solche Ausführung besonders für einen Einsatz eines Stellmotors 65' eignet, welcher eine Drehung der Antriebswelle 46 von 180° um die Achse 82 auslöst.
9 zeigt einen Schemaausschnitt einer Klimaanlage 100 mit einem sogenannten Dreileitersystem 102, Klimakonvektoren 104, 104' und einem erfindungsgemässen Steuergerät 10, 10', 10" . Das Dreileitersystem 102 umfasst eine Kühleingangsleitung 106, eine Heizeingangsleitung 108 und eine gemeinsame Rücklaufleitung 110. Das Steuergerät 10, 10', 10" ist dabei derart in die Klimaanlage 100 eingebaut, dass es die Klimakonvektoren 104, 104' parallel versorgt. Das erste Drehventil 26 dient dabei zur Versorgung des ersten Klimakonvektors 104 während das zweite Drehventil 26' zur Versorgung des zweiten Klimakonvektors 104' dient. Die Klimakonvektoren 104, 104' weisen einen Klimakonvektoreingang 112 bzw. 112' und einen Klimakonvektorausgang 114 bzw. 114' auf. Die Anschlüsse 36, 36' 38, 38', 40, 40' des Steuergerätes 10, 10', 10" sind dabei folgendermassen in das Schema der Klimaanlage 100 integriert:
Der erste, in Richtung der Drehachse 44, 44' zeigende Anschluss 36 des Drehventils 26 dient als Steuergeräteausgang 115 und ist mit dem Klimakonvektoreingang 112 des Klimakonvektors 104 verbunden. Der zweite Anschluss 38 des Drehventils 26 ist mit der Kühleingangsleitung 106 verbunden. Der dritte Anschluss 40 des Drehventils 26 ist mit der Heizeingangsleitung 108 verbunden. Der erste Anschluss 36' des Drehventils 26' dient ebenfalls als Steuergeräteausgang 115' und ist mit dem Klimakonvektoreingang 112' des Klimakonvektors 104' verbunden. Der zweite Anschluss 38' des Drehventils 26' ist mit der Kühleingangsleitung 106 verbunden und der dritte Anschluss 40' des Drehventils 26' ist mit der Heizeingangsleitung 108 verbunden. Die Klimakonvektorausgänge 114, 114' sind jeweils mit der gemeinsamen Rücklaufleitung 110 verbunden. Dadurch, dass das Drehventil 26 mit dem Drehventil 26' des Steuergerätes 10, 10', 10" über das Getriebe 22 miteinander verbunden ist, werden die Klimakonvektoren 104, 104' jeweils synchron (parallel) mit einem Kühlmedium beziehungsweise einem Heizmedium versorgt.
Durch die gezeigte Anschlussgeometrie mit den Anschlüssen 36, 36', 38, 38', 40, 40' der Drehventile 26, 26' kann der Montageaufwand dadurch vereinfacht werden, dass eine relativ kompakte Bauweise des Steuergeräts 10, 10', 10" erzielt werden kann. Die kompakte Bauweise des Steuergeräts 10, 10', 10" eignet sich insbesondere auch für Nachrüstungen (Retrofit) von Klimaanlagen 100, wo zumeist knappe Platzverhältnisse vorherrschen.
Bei dem in 10 gezeigten Schemaausschnitt einer Klimaanlage 100 ist es durchaus möglich, dass die Drehventile 26, 26' des Steuergerätes 10, 10', 10" sich in einer Position befinden können, welche zwischen der ersten Endlage 30 und der zweiten Endlage 32 liegt. Dabei ist die L-förmige Durchdringung 64 des Schaltgliedes, nur noch teilweise mit dem zweiten Anschluss 38, 38' oder dem dritten Anschluss 40, 40' hydraulisch verbunden und das Schaltglied 28, 28' bildet eine Verengung des hydraulischen Querschnittes. Damit sind die Drehventile 26, 26' dazu geeignet, eine Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme der Klimakonvektoren 104, 104' in Funktion des Drehwinkels der Schaltglieder 28, 28' zu ermöglichen.
Zur Verdoppelung der Heiz-/Kühlleistung eines einzigen Klimakonvektors 104 ist auch denkbar, dass bei einem Einsatz in einem Dreileitersystem 102 die beiden ersten, als Steuergeräteausgänge 115, 115' dienenden Ausgänge 36, 36' an den Klimakonvektoreingang 112 angeschlossen sind.
10 zeigt einen Schemaausschnitt einer Klimaanlage 100' mit einem Vierleitersystem 116 welches eine Kühleingangsleitung 106, eine Heizeingangsleitung 108, eine Kühlrücklaufleitung 118 und eine Heizrücklaufleitung 120 umfasst. In der in 10 gezeigten Variante der Klimaanlage 100' werden sämtliche Anschlüsse 36, 36', 38, 38', 40, 40' der Drehventile 26, 26' des Steuergerätes 10, 10', 10" zur Steuerung eines Klimakonvektors 104 benötigt. Der Klimakonvektor 104 weist wiederum einen Klimakonvektoreingang 112 sowie einen Klimakonvektorausgang 114 auf. Die zwei Drehventile 26 und 26' des Steuergerätes sind dabei wie folgt geschalten:
Der erste, in Richtung der Drehachse 44, 44' zeigende Anschluss 36 des Drehventils 26 dient als Steuergeräteausgang 115 und ist mit dem Klimakonvektoreingang 112 des Klimakonvektors 104 verbunden. Der zweite Anschluss 38 des Drehventils 26 ist mit der Kühleingangsleitung 106 verbunden. Der dritte Anschluss 40 des Drehventils 26 ist mit der Heizeingangsleitung 108 verbunden. Der erste Anschluss 36' des Drehventils 26' ist mit dem Klimakonvektorausgang 114 des Klimakonvektors 104 verbunden und dient als Steuergeräteeingang 117. Der zweite Anschluss 38' des Drehventils 26' ist mit der Kühlrücklaufleitung 118 verbunden. Der dritte Anschluss 40' des Drehventils 26' ist mit der Heizrücklaufleitung 120 verbunden.
Durch eine solche Schaltung kann gewährleistet werden, dass ein Kühlmedium, welches bei einer ersten Endlage 30 der Schaltglieder 28, 28' über die Kühleingangsleitung 106 in den Klimakonvektor 104 über die separate Kühlrücklaufleitung 118 zurückspeist bzw. wenn sich die Schaltglieder 28, 28' in der zweiten Endlage 32 befinden, der Heizeingangsleitung 108 mit dem Klimakonvektor 104 derart verbunden ist, dass ein Heizmedium über den Klimakonvektor 104 mit der Heizrücklaufleitung 120 verbunden ist. Durch diese vollständige Trennung der Kalt- und Warmwasserkreisläufe 106, 118, bzw. 108, 120 kann eine Vermischung der beiden Medien ausgeschlossen werden. Energetisch bringt dies den Vorteil, dass besonders bei einer Umschaltung von Heizen auf Kühlen die Belastung der Klimaanlage 100' bzw. des dazugehörenden, nicht gezeigten Rückkühlers wesentlich kleiner wird, wodurch dessen Energiebedarf geringer wird und der Gesamtwirkungsgrad des Systems steigt.
Eine Zwischenstellung der Schaltglieder 28, 28' zwischen der ersten Endlage 30 und der zweiten Endlage 32 kann in bei 10 genannter Weise hier ebenfalls genutzt werden.
Selbstverständlich ist eine weitere Ausführungsform des Schemas für eine Klimaanlage mit einem Vierleitersystem 116 denkbar, in der mit einem Steuergerät 10, 10', 10" mehrere Klimakonvektoren 104 parallel ansteuerbar sind.
Es ist denkbar, dass die Gehäuse 20, 24, 34 zwischen Antriebsteil 12, 12' und Getriebeteil 14, 14' bzw. zwischen Getriebeteil 14, 14' und Steuerteil 16 mit Dichtungen versehen sind, was zu eine weiteren Verbesserung der Montagefreundlichkeit führen könnte.
Es ist ebenfalls vorstellbar, dass der Antrieb 18 auf einer, sich zwischen dem Antriebsteil 12, 12' und dem Getriebeteil 14, 14' befindenden Antriebsplatte montiert wird, wobei die Antriebswelle 46, 46', 46" des Antriebs 18 durch eine Aussparung in den Bereich des Getriebeteils 14, 14' hineinragt. Dabei kann die Antriebsplatte voll in das Antriebsgehäuse 20, 20' oder das Getriebegehäuse 24, 24' integriert sein. Die Antriebsplatte kann ebenfalls dazu dienen, die Ventilwellen 53, 53' der benötigten Zahnräder 52, 52' aufzunehmen, beispielsweise um eine Führung und/oder eine Lagerung zu gewährleisten. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Antriebsplatte zur Befestigung des Antriebsgehäuses 20, 20', des Getriebegehäuses 24, 24' und allenfalls des Steuerteilgehäuses 34 dient. Zudem ist es denkbar, dass die Antriebsplatte mechanisch mit den Drehventilen 26, 26' verbunden wird und so als deren Verankerung wirkt.
Es ist weiter denkbar, mehr als zwei Schaltglieder 28, 28' mit dem Treibrad 50, 50' anzutreiben.
Es ist ebenfalls vorstellbar, dass der Antrieb 18 durch einen Standardantrieb mit einem eingebauten Raumfühleranschluss zum Direktanschluss an einen Raumbuskontroller gewährleistet wird.
Weiter ist denkbar, dass das Getriebe 18 ein Riemengetriebe ist. Zur Synchronisation könnte dabei beispielsweise ein Zahnriemen eingesetzt werden.
Es ist auch denkbar, dass die Positionierscheibe weder auf der Antriebswelle 46, 46', 46" des Antriebs, noch auf einer Ventilwelle 53, 53' eines Drehventils 26, 26' sitzt, sondern auf einer eigenen Achse, welche mittels eines Zwischenrades, oder mehrerer Zwischenräder, mit dem Treibrad 50, 50' oder einem Zahnrad des Getriebes verbunden ist. Falls die Zahnräder verschiedene Grössen aufweisen, kann, wie in der in 2 gezeigten Ausführungsform, der Drehwinkel nur indirekt erfasst werden.
Auch bei den Dreiweg-Kugelhähnen, welche als Drehventile 26, 26' eingesetzt werden, sind mehrere Ausführungsvarianten denkbar. So ist es durchaus vorstellbar, dass die Anschlüsse 36, 36', 38, 38', 40, 40' auch als Aussengewinde ausgeführt sind. Es ist auch möglich, dass die Aussengewinde konisch sind um als selbstdichtende Gewindeverbindungen eingesetzt werden zu können. Es ist auch möglich, dass der Dreiweg-Kugelhahn 26, 26' an seinen Anschlüssen 36, 36', 38, 38', 40, 40' bereits eine geeignete Dichtung zum direkten Anschluss der Anschlussverbindungen aufweist. Auch ist es möglich bei den Anschlüssen 36, 36', 38, 38', 40, 40' des T-förmigen Gehäuses 42, 42' geeignete geometrische Massnahmen zum Gegenstemmen, das heisst Gegenhalten mit beispielsweise einem Gabelschlüssel, am Gehäuse 42, 42' des Drehventils 26, 26' vorhanden sind. So ist es durchaus vorstellbar, dass ein Aussen-Sechskant am T-förmigen Gehäuse 42, 42' integriert ist.
Weiter ist es vorstellbar, dass eine Regelblende im Dreiweg-Kugelhahn 26, 26' integriert ist, welche dazu dienen kann, ein lineares Verhalten der Wärmeabgabe in Funktion des Öffnungsgrades (des Drehwinkels) der Schaltglieder 28, 28' der Drehventile 26, 26' zu erzielen. Um eine unerwünschte Drosselwirkung, welche zusätzliche hydraulische Verluste verursachen kann, zu vermeiden, weist die L-förmige Durchdringung 64 der Schaltglieder 28, 28' mit Vorteil denselben freien Durchmesser oder Querschnitt auf, wie die Anschlussleitungen.
Weiter ist es denkbar, dass der Steuerteil 16 keine Verschalung der Drehventile 26, 26' durch ein ein- oder zweiteiliges Steuerteilgehäuse 34 aufweist.
Weiter ist es vorstellbar, dass der Antriebsteil 12, 12' und der Getriebeteil 14, 14' in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Es ist zudem denkbar, dass die Sensorikeinheit 74 übergreifend in benachbarten Gehäuseteile 12, 12', 14, 14' des Steuergerätes angeordnet ist.
Es ist möglich, dass das Schaltglied 28, 28' anstelle einer Kugelform eine Zylinderform aufweist, wobei die L-förmige Durchdringung 64 dann derart angeordnet ist, dass die Stirnseiten der L-förmige Durchdringung 64 auf dem Zylindermantel liegen. Bei einer solchen Form der Schaltglieder müssten die Gehäuse 42, 42' entsprechend angepasst werden.

Claims

Steuergerät (10, 10', 10") mit einem sechs Anschlüsse (36, 36', 38, 38', 40, 40') aufweisenden, als 6/2-Wegeventil wirkenden Steuerteil (16) und einem Antrieb (18) zum Bewegen eines Schaltgliedes (28, 28') des Steuerteils (16) zwischen einer ersten Endlage (30) und einer zweiten Endlage (32), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerteil (16) zwei separate, als 3/2-Wegeventile wirkende und drei Anschlüsse (36, 38, 40 bzw. 36', 28', 40') aufweisende Drehventile (26, 26') mit je einem um eine Drehachse (44, 44') drehbaren Schaltglied (28, 28') aufweist und die auf je einer, koaxial zu der zugeordneten Drehachse (44, 44') verlaufenden, Ventilwelle (53, 53') drehfest angeordneten Schaltglieder (28, 28') zwecks Synchronisation über ein Getriebe (22) miteinander und mit dem Antrieb (18) verbunden sind.
Steuergerät (10, 10', 10") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehventile (26, 26') derart angeordnet sind, dass deren Drehachsen (44, 44') parallel zueinander verlaufen.
Steuergerät (10, 10', 10") nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehventile (26, 26') Dreiweg-Kugelhähne (26, 26') sind.
Steuergerät (10, 10', 10") nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dreiweg-Kugelhahn (26, 26') ein im wesentlichen T-förmiges Gehäuse (42, 42') mit einem zur zugeordneten Drehachse (44, 44') konzentrischen Drehachsenschenkel (55) und zwei rechtwinklig dazu angeordneten Querschenkeln (48, 48') aufweist und in dem T-förmigen Gehäuse (42, 42') das kugelförmige Schaltglied (28, 28') mit einer sich darin befindlichen, L-förmigen Durchdringung (64) derart um die zugeordnete Drehachse (44, 44') drehbar gelagert ist, dass durch die L-förmige Durchdringung (64) in der ersten Endlage (30) ein erster Anschluss (36, 36') mit einem zweiten Anschluss (38, 38') des Dreiweg-Kugelhahns (26, 26') verbunden ist, während ein dritter Anschluss (40, 40') abgesperrt ist und in der zweiten Endlage (32) der erste Anschluss (36, 36') mit dem dritten Anschluss (40, 40') verbunden ist, während der zweite Anschluss (38, 38') abgesperrt ist.
Steuergerät (10, 10', 10") nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehachsenschenkel (55) und die beiden Querschenkel (48, 48') jedes der Drehventile (26, 26') eine Ventilebene (56, 56') definieren und die Ventilebenen (56, 56') der beiden Drehventile (26, 26') parallel zueinander angeordnet sind.
Steuergerät (10, 10', 10") nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehachsen (44, 44') der Drehventile (26, 26') eine Verbindungsebene (54) definieren und die beiden Ventilebenen (56, 56') rechtwinklig zu dieser Verbindungsebene (54) angeordnet sind.
Steuergerät (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (18) einen elektrischen Stellmotor (65, 65') umfasst.
Steuergerät (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (22) ein Zahnradgetriebe mit Stirnzahnrädern ist.
Steuergerät (10, 10', 10") nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Antriebswelle (46, 46', 46") des Antriebs (18) ein Treibrad (50, 50') sitzt, welches kämmend je in ein Zahnrad (52, 52') eingreift, welches jeweils drehfest auf der zugeordneten Ventilwelle (53, 53') von einem der Schaltglieder (28, 28') der Drehventile (26, 26') sitzt.
Steuergerät (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltglieder (28, 28') in eine sich zwischen der ersten Endlage (30) und der zweiten Endlage (32) befindende Zwischenstellung verbringbar sind.
Steuergerät (10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine drehfest mit der Antriebswelle (46, 46') des Antriebs (18) oder der Ventilwelle (53, 53') verbundene Positionierscheibe (70, 70') und eine stationäre Sensorikeinheit (74), vorzugsweise einem Inkrementalgeber, zum Erfassen einer Winkelposition der Positionierscheibe (70, 70').
Steuergerät (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass je einer der drei Anschlüsse (36, 38, 40 bzw. 36', 28', 40') mit einer Kühleingangsleitung (106) und je einer mit einer Heizeingangsleitung (108) verbunden ist und je einer als Geräteausgang (115) genutzt ist, wobei der Geräteausgang (115) in Richtung der Drehachse (44, 44') weist.
Steuergerät (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem der Drehventile (26) einer der drei Anschlüsse (36, 38, 40) mit einer Kühleingangsleitung (106) und einer mit einer Heizeingangsleitung (108) verbunden ist und einer als Geräteausgang (115) genutzt ist und beim anderen der Drehventile (26') einer der drei Anschlüsse (36', 28', 40') mit einer Kühlrücklaufleitung (118) und einer mit einer Heizrücklaufleitung (120) verbunden ist und einer als Geräteeingang (117) genutzt ist, wobei der Geräteeingang (117) und der Geräteausgang (115) in Richtung der Drehachse (44, 44') weist.