-
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für einen Heizkörper, dem Heizmedium aus einem Heizungsvorlauf zugeführt wird. Nach Durchströmen des Heizkörpers wird das Heizmedium einem Heizungs-Rücklauf zugeführt.
-
Die Durchflussmenge von Heizmedium, die aus dem Heizungsvorlauf in den Heizkörper gelangt, wird durch ein Heizungsventil gesteuert. Bei den bekannten Heizungsventilen handelt es sich meist um raumtemperaturgesteuerte Thermostatventile, die bei Erreichen der gewünschten Raumtemperatur schließen und unterhalb der gewünschten Raumtemperatur automatisch öffnen.
-
Bei den bekannten Heizungsventilen ist ein Kolben in einem meist rotationssymmetrischen Hohlkörper geführt. Der Kolben ist mit einem thermischen Dehnelement verbunden, das den Kolben bewegt. Dabei ist der Kolben an einem stirnseitigen Ende einer Kolbenstange geführt und wird von dem Dehnelement in Axialrichtung gegen den Rand einer stirnseitigen Öffnung in den Hohlkörper gepresst, um die Öffnung zu verschließen. Dabei strömt das Heizmedium im geöffneten Zustand des Ventils von dem Heizungsvorlauf durch den Hohlkörper und durch die Öffnung in den Heizkörper. Bei Erreichen der gewünschten Raumtemperatur presst das Dehnelement den Kolben gegen die Öffnung, um diese zu verschließen.
-
Dabei bilden der Kolben und der äußere Rand der stirnseitigen Öffnung in dem Hohlkörper einen Ventilsitz. Typischerweise besteht die Kolbenstange aus Edelstahl und ist am Ende für den Schließvorgang mit einer flexiblen Gummidichtung für den Ventilsitz versehen.
-
Bei den bekannten Schließmechanismen in Heizkörperventilen besteht ein Problem darin, dass Schmutzpartikel in dem Heizmedium den Hohlkörper durchströmen und in dessen stirnseitige Öffnung einströmen und sich zwischen dem Hohlkörper und dem Rand der zu verschließenden Öffnung anlagern und so den Ventilsitz blockieren. Ein vollständiges Schließen des Ventiles ist dann nicht mehr möglich. Zudem können Ablagerungen an dem Ventilsitz zu einer Beschädigung des Kolbens führen. Bei einem blockierten Ventilsitz oder bei nur geringfügig geöffnetem Ventilsitz entstehen oft Strömungsgeräusche, die in den zu beheizenden Räumen wahrnehmbar sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Heizkörperventil zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
-
Dabei ist der Hohlkörper der Ventilvorrichtung mit zwei Öffnungen versehen. Eine Öffnung ist an einem stirnseitigen Ende in Axialrichtung des Kolbens ausgebildet.
-
Diese Öffnung befindet sich typischerweise an dem dem Thermostat-Drehregler gegenüberliegenden Ende des Hohlkörpers. Die zweite Öffnung ist an keinem stirnseitigen Ende des Hohlkörpers, sondern vielmehr in dessen äußerer Mantelfläche ausgebildet. Das Heizmedium durchströmt die zweite Öffnung dann also quer zu der Axialrichtung des Kolbens während die erste Öffnung in Axialrichtung des Kolbens durchströmt wird. Im Falle eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers wird dann die erste Öffnung in Axialrichtung und die zweite Öffnung in Radialrichtung des Hohlkörpers durchströmt.
-
Der Kolben ist in dem Hohlkörper translatorisch verschiebbar angeordnet, um die zweite Öffnung in der Mantelfläche zu verschließen. Zum Verschließen wird der Kolben an der Innenseite des Hohlkörpers entlang geführt, bis die zweite Öffnung vollständig verschlossen ist. Die erste Öffnung bleibt dabei geöffnet. Der Kolben wirkt nicht auf die erste Öffnung, sondern nur auf die zweite Öffnung. Insbesondere ist kein Ventilsitz geschaffen, der durch Schmutzpartikel blockiert werden könnte oder Strömungsgeräusche verursachen könnte. Bei typischen Schmutzpartikeln ist ein Blockieren der zweiten Öffnung ausgeschlossen.
-
Der Hohlkörper ist vorzugsweise zumindest im Bereich der zweiten Öffnung rotationssymmetrisch ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Hohlkörper insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei der Kolben an einer Kolbenstange geführt ist, die auf der Mittellängsachse angeordnet ist. Die Mittellängsachse entspricht dann der Rotationsachse des Hohlkörpers. Die zweite Öffnung ist in der Mantelfläche des Hohlkörpers ausgebildet und deckt zumindest 25% des Hohlkörperumfangs, also mindestens 90°, ab. Dabei kann die zweite Öffnung als eine sich über einen Winkelbereich von mindestens 90° erstreckende Öffnung ausgebildet sein. Alternativ kann die zweite Öffnung aus mehreren entlang eines kreisförmig umlaufenden Rings angeordneten Löchern gebildet sein.
-
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Öffnungen gleichmäßig über den Umfang verteilt, das heißt mit gleichen Abständen zueinander und mit gleicher Größe und Form ausgebildet sind. Die umlaufenden Löcher der zweiten Öffnung können beispielsweise kreisrund mit jeweils einem Durchmesser im Bereich zwischen 1 und 1,2 mm ausgebildet sein.
-
Die zweite Öffnung kann durch Verschließen der umlaufenden Löcher oder der sich über einen Winkelbereich von mindestens 90° erstreckenden Öffnung vergleichsweise zügig bei geringem Schließweg verschlossen werden, ohne dass Schmutzpartikel in dem Heizmedium den Kolben blockieren können. Hierzu ist der Kolben vorzugsweise dichtend an der Innenseite des Hohlkörpers gleitend geführt.
-
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenstange, an deren einem Ende der Kolben angeordnet ist, nach Art eines Strohhalms oder eines Rohres innen hohl ausgebildet, um Luft aus dem Heizmedium abzuführen. Die Kolbenstange kann hierzu vertikal mit an ihrem unteren Ende angeordnetem Kolben ausgerichtet sein. Der Kolben weist dann eine kapillar wirkende Öffnung auf, die mit dem Hohlraum der Kolbenstange verbunden ist. Der Hohlraum der Kolbenstange sollte ebenfalls kapillar wirken. Auf diese Weise ist eine einfache Entlüftung für den Heizkörper und die zuführende Vorlaufleitung gewährleistet. Eine herkömmliche von Hand zu betätigende Notentlüftung an der Heizkörper-Anschlussverschraubung mittels Rohrzange oder Maulschlüssel kann entfallen. Die Entlüftung wird am oberen Ende der Kolbenstange mit einem Lüftungsschlüssels geöffnet und geschlossen.
-
Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,
-
2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel,
-
3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel,
-
4 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel,
-
5 einen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel und
-
6 einen Schnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel.
-
Das Heizkörperventil 10 weist jeweils einen rotationssymmetrischen Hohlkörper 20 aus Metall auf. Der Hohlkörper 20 ist in ein ebenfalls hohles Metallgehäuse 37 einer Anschlussvorrichtung eingesetzt. Der Hohlkörper 20 ist in das Metallgehäuse 37 eingeschraubt. An einem ersten stirnseitigen Ende 102 des Hohlkörpers 20 ist eine Abdeckplatte zur Aufnahme eines in den Figuren nicht dargestellten Thermostat-Drehreglers vorgesehen. An dem dem ersten stirnseitigen Ende 102 gegenüberliegenden stirnseitigen Ende 104 des Hohlkörpers 20 ist die erste Öffnung 21 ausgebildet. Die erste Öffnung 21 ist mit einer Vorrichtung zur Regulierung der kV-Einstellung versehen, um den Volumenstrohm zu regeln. In der Mantelfläche zwischen den beiden stirnseitigen Enden 102 und 104 ist die zweite Öffnung 22 ausgebildet.
-
Die zweite Öffnung 22 besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Reihen von jeweils entlang eines kreisförmig umlaufenden Rings angeordneten Löchern 32 in 2. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 besteht die zweite Öffnung 22 aus nur einer Reihe von entlang eines kreisförmig umlaufenden Rings angeordneten Löchern 32. Die Löcher 32 in 1 sind kreisrund und in gleichen Abständen zueinander angeordnet und von gleicher Größe. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 besteht die eine Reihe von Löchern 32 aus kreisrunden Löchern und die andere Reihe von Löchern 32 aus schräg und jeweils parallel zueinander angeordneten Schlitzen. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach 3 bestehen beide Reihen von Löchern 32 aus kreisrunden Löchern, wobei die Löcher der oberen Reihe einen größeren Durchmesser aufweisen als die Löcher der unteren Reihe. Die Form der Löcher 32 und die Anzahl von Reihen der Löcher ist dabei von vernachlässigbarer Bedeutung. Entscheidend ist, dass die Wassermenge durch geeignete Wahl des Öffnungsquerschnitts der Größe des Heizkörpers angepasst ist. Hierzu deckt die Gesamtumfangserstreckung sämtlicher Löcher 32 mindestens ein Viertel des Gesamtumfangs und vorzugsweise mindestens drei Viertel des Gesamtumfangs ab. Bei einer Gleichverteilung der Löcher über den Umfang – d. h. mit gleichen Abständen zueinander – sind besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisse gegeben, die Strömungsgeräusche vermeiden.
-
Der Kolben 24 ist von zylindrischer Form und gleitet mit seiner äußeren Umfangsfläche dichtend entlang der Innenfläche des Hohlkörpers 20 im Bereich der zweiten Öffnung 22, wie in den Figuren dargestellt ist. Der Kolben 24 ist an einem Ende einer Kolbenstange 26 geführt. Das gegenüberliegende Ende der Kolbenstange 26 ist mit dem in den Figuren nicht dargestellten thermischen Dehnelement eines Thermostatreglers verbunden. Das Dehnelement bewegt die Kolbenstange 26 und den Kolben 24 temperaturabhängig, um bei Erreichen einer vorgegebenen Raumtemperatur die zweite Öffnung 22 zu verschließen.
-
Die Kolbenstange 26 ist nach Art eines Rohres oder Strohhalmes innen hohl ausgebildet, um Luft durch eine Öffnung in dem Kolben 24 aus dem Heizmedium aufzunehmen und nach außen abzuführen. Dadurch ist eine einfache und wirkungsvolle Entlüftung ermöglicht, ohne dass eine herkömmliche Notentlüftung an der Heizkörper-Anschlussverschraubung erforderlich ist. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist in das obere Ende der innen hohl ausgebildeten Kolbenstange 26 eine Entlüftungsschraube 27 eingelassen, die zusammen mit dem Hohlraum der Kolbenstange 26 einen konischen Sitz bildet. Die Entlüftungsschraube 27 ist in das obere Ende der Kolbenstange 26 eingeschraubt. Durch Verdrehen der Entlüftungsschraube 27 gegenüber der Kolbenstange 26 kann die Entlüftungsöffnung geöffnet oder verschlossen werden.
-
Das Metallgehäuse 37 beider Ausführungsbeispiele weist eine Außenhülse 42 und eine in der Außenhülse enthaltene Innenhülse 44 auf. Die Außenhülse 42 ist mit drei Öffnungen versehen: dem Einlass 38, dem Auslass 36 und einer oberen Öffnung, in die die Ventilvorrichtung 10 eingeschoben ist und die sich mit einer entsprechenden Öffnung der Innenhülse 44 deckt.
-
Die Innenhülse 44 des Metallgehäuses 37 ist ebenfalls mit drei Öffnungen versehen. Eine stirnseitige Öffnung 106 am oberen Ende ist zum Einschieben des Hohlkörpers 20 ausgebildet. Das gegenüberliegende stirnseitige Ende ist mit einer Öffnung 108 versehen, die in einer leitenden Kurzschlussverbindung mit der ersten Öffnung 21 des Hohlkörpers 20 steht. Die stirnseitige Öffnung 108 steht zudem in einer leitenden Kurzschlussverbindung mit dem Auslass 36 der Außenhülse 42. Die dritte Öffnung 110 ist als Loch in der zylindrischen Mantelfläche der Innenhülse 44 ausgebildet. Die Öffnung 108 steht in einer leitenden Kurzschlussverbindung mit der zweiten Öffnung 22 des Hohlkörpers 20. Zudem steht die Öffnung 108 der Innenhülse 44 in einer leitenden Kurzschlussverbindung mit dem Einlass 38 der Außenhülse 42. Die Kurzschlussverbindungen sind jeweils durch entsprechende O-Ringe zwischen dem Hohlkörper 20 und der Innenhülse 44 geschaffen.
-
Durch diese Anordnung ist also bei beiden Ausführungsbeispielen der Einlass 38 der Außenhülse 42, der Öffnung 108 der Innenhülse und der zweiten Öffnung 22 des Hohlkörpers zugeordnet. Der Auslass 36 ist in entsprechender Weise der Öffnung 110 der Innenhülse und der ersten Öffnung 21 des Hohlkörpers 20 zugeordnet.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Einlass 38 der Außenhülse 42 als vorlaufseitiger Einlass 12 mit dem Heizungs-Vorlauf verbindbar. Das Heizmedium strömt bei geöffnetem Ventil 10 durch den Einlass 38 der Außenhülse, durch die Öffnung 110 in der Mantelfläche der Innenhülse 44 und durch die zweite Öffnung 22 radial von außen nach innen in den Hohlkörper 20. Aus dem Hohlkörper 20 strömt das Heizmedium dann durch die stirnseitige Öffnung 21 des Hohlkörpers 20, durch die stirnseitige Öffnung 108 der Innenhülse 44 und durch den Auslass 36 der Außenhülse 42 in den in den Figuren nicht dargestellten Heizkörper. Der Hohlkörper 20 ist dabei im Bereich der zweiten Öffnung 22 mit einem verminderten Durchmesser versehen, damit das durch die Öffnung 110 in die Innenhülse 44 einströmende Heizmedium den Hohlkörper 20 innerhalb der Innenhülse 44 vollständig umströmen kann, um durch jede der Öffnungen 32 in den Hohlkörper 20 radial von außen nach innen einzuströmen.
-
Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass der Einlass 38 und der Auslass 36 der Außenhülse 42 nicht an in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Enden der Außenhülse 42 angeordnet sind, sondern vielmehr quer zueinander, so dass die Außenhülse 42 einen rechten Winkel bildet. Dadurch wird eine Eck-Durchströmung geschaffen. Zudem durchströmt bei den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 das Heizmedium die Außenhülse, die Innenhülse und den Hohlkörper in gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel umgekehrter Richtung. Der vorlaufseitige Einlass 12 wird dabei durch den Auslass 36 der Außenhülse 42 gebildet, während der Anschluss des Heizkörpers an dem Einlass 38 der Außenhülse 42 erfolgt. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind diese Anschlussmöglichkeiten selbstverständlich umkehrbar.
-
Das bei dem zweiten Ausführungsbeispiel durch den Auslass 36 einströmende Heizmedium durchströmt die stirnseitige Öffnung 108 der Innenhülse 44 und die stets geöffnete erste Öffnung 21 des Hohlkörpers 20. Die erste Öffnung 21 wird bei beiden Ausführungsbeispielen niemals verschlossen, sondern ist stets vollständig geöffnet.
-
Anschließend strömt das Heizmedium bei geöffnetem Kolben 24 durch die Löcher 32 der zweiten Öffnung 22 radial von innen nach außen aus dem Hohlkörper 20 heraus und durch die Öffnung 110 in der Mantelfläche der Innenhülse 44 in die Außenhülse 42 und durch den Auslass 36 schließlich in den Heizkörper.
-
Die Größe, Form und Anzahl der Löcher 32 ist für das Erfindungsprinzip von sekundärer Bedeutung. Von primärer Bedeutung ist, dass die zweite Öffnung 22 sich über einen vergleichsweise großen Teil des Umfangs des Hohlkörpers erstreckt, um eine gleichmäßige Durchströmung in Radialrichtung zu ermöglichen. Die zweite Öffnung 22 wird dann in Radialrichtung quer zu der Schließrichtung des Kolbens 24 in Axialrichtung durchströmt. Bei den herkömmlichen Ventilsitzen wird eine stirnseitige Öffnung in Axialrichtung durchströmt und in Axialrichtung von einem Kolben verschlossen. Die dabei resultierenden Strömungsverhältnisse sind ungünstig im Hinblick auf Strömungsgeräusche und mögliche Ansammlungen von Schmutzpartikeln, die ein Schließen des Ventilsitzes behindern können. Bei dem erfindungsgemäßen Prinzip, wonach die Ventilöffnung von dem Heizmedium quer zu der Schließrichtung des Kolbens für diese Öffnung angeordnet ist, treten bei ordnungsgemäßem Pumpenstrom keine Strömungsgeräusche auf und Schmutzpartikel können den Schließvorgang des Kolbens nicht Blockieren und beeinflussen.
-
Die weiteren Ausführungsbeispiele in den 4, 5 und 6 betreffen das Prinzip einer in den Hohlkörper 20 eingeschobenen Innenhülse 112 zum Verstellen der Durchflussmenge durch den Querschnitt der Öffnung 22 über einen Gewindegang 114. Hierzu ist die Innenhülse 112 über das Gewinde 114 rotatorisch mit dem Hohlkörper 20 verbunden. Die Innenhülse 112 ragt an ihrem rückwärtigen, dem Kolben 24 gegenüberliegenden Ende soweit aus dem Hohlkörper 20 heraus, dass die Innenhülse 112 greifbar und rotierbar ist. Durch Verdrehen der Innenhülse 112 wird diese in den Hohlkörper 20 hinein- bzw. herausgeschoben. Durch das Verschieben der Innenhülse 112 gegenüber dem Hohlkörper 20 in Axialrichtung wird der effektive Querschnitt der zweiten Öffnung 22 verringert bzw. vergrößert. Der Kolben 24 und die hohle Kolbenstange 26 sind innen in der Innenhülse 112 translatorisch in Axialrichtung verschiebbar geführt. Die Innenhülse 112 wirkt auf den Kolben 24, so dass beim Hineinschrauben der Innenhülse 112 in den Hohlkörper 20 diese den Kolben 24 verschiebt.
