DE2052912A1 - Steuereinrichtung für hydraulische Kreisläufe - Google Patents

Description

• Steuereinrichtung fUr hydraulische Kreisläufe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für hydraulische Kreisläufe, insbesondere Heizkreisläufe, zwischen einer Energiequelle und mindestens einem Verbraucher, mit einer in einem Vorlauf des Kreislaufes angeordneten, die Arbeitsflüssigkeit umwälzenden Förderpumpe und einem steuerbaren Drosselventil in einer einen Rücklauf des Kreislaufes mit dem Vorlauf verbindenden, und in diesen auf der Saugseite der Förderpumpe einmündenden Kurzschlussleitung.
• Steuereinrichtungen fUr hydraulische Kreisläufe, insbesondere Heizkreisläufe sind seit langem bekannt.
• Sie haben die Aufgabe, die von einer Energiequelle, beispielsweise einem Heizkessel gelierte ArbeitsSlüssigkeit, wie z.B. Wasser, entweder vollständig oder nur zum Teil einem oder mehreren Verbrauchern, wie beispielsweise Heizkörpern und dergleichen, zuzuführen. Bei einer nurteilweisen Zufuhr der vondem Heizkessel gelieferten Arbeitsflüssigkeit zu den Heizkörpern wird dem Hezköperrücklauf- eine entsprechende Flüssigkeitsmenge entnommen und mit der aus dem Heizkessel kommenden Arbeitsflüssigkeit vermischt den Heizkörpern zugeführt. Das Mischungsverhältnis der dem Heizkörper zugeführten Flüssigkeitsmenge wird dabei meist über ein Drosselventil eingestellt, das sich in der Kurzschlussleitung zwischen dem Rücklauf und dem Vorlauf des Kreislaufes befindet und dessen wirksamer Durchströmungsquerschnitt beispielsweise in Abhängigkeit der Raum- oder Aussentemperatur veränderbar ist.
• Drosselventile dieser krt, wie sie insbesondere in Heizkreisläufen hoher Kapazität verwendet werden, benötigen zur Veränderung ihres wirksamen Durchströmquerschnittes erhebliche Stellkräfte, die beispielsweise nur durch Elektromotoren mit nachgeschaltetem Getriebe oder durch hydraulische Stelleinrichtungen geliefert werden können. Die Elektromotoren oder die hydraulischen Stelleinrichtungen werden dabei über Relais gesteuert, die ihrerseits über eine Schwachstromleitung von einem entfernt angeordneten Geber, beispielsweise rauin- oder aussentemperaturabhängig, mit dem entsprechenden Signal versorgt werden.
• Die Praxis hat gezeigt, dass sich dieser nicht unerhehliche Aufwand zur Steuerung von hydraulischen Kreisläufen auch bei kleineren Anlagen nicht wesentlich reduzieren lässt, weil mit einer Vereinfachung erfahrungsgemäss eine erhöhte Störanfälligkeit in Kauf genommen werden muss. Auch ist die Wartung derartiger Steuereinrichtungen der bekannten Art sehr aufwendig und zeitraubend, da die einzelnen Elemente häufig sehr weit voneinander getrennt angeordnet sind und die Verbindungsleitungen der einzelnen Elemente untereinander in der Regel schlecht zugänglich sind.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Steuereinrichtungen von Iiydraulischen Kreisläufen, insbesondere Heizkreisläufen, möglichst weitgehend zu vereinfachen und eine Einrichtung zu schaffen, die bei technisch unkompliziertem Aufbau eine hohe Betriebssicherheit aufweist und schnell und einfach zu warten ist.
• Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Drosselventil, die Kurzschlussleitung und die Förderpumpe in einem Gehäuse mit Anschlüssen für die Vorlauf-und die Rücklaufleitungen angeordnet sind, wohei das Drosselventil mit Arbeitsflüssigkeit aus der Druckseite der Förderpumpe steuerbar ist.
• Eine besonders zweckmässige und betriebssichere Steuereinrichtung wird dadurch erreicllt, dass das Drosselventil mit Arbeitsflüssigkeit aus der Druckseite der Förderpumpe beaufschlagbar ist.
• Eine aussergewöhnlich kompakte Bauweise der erfindungsgemässen Steuereinrichtung wird dadurch erreicht, dass.die Saugseite der Förderpumpe mit einem Saugraum in Verbindung stellt, in dem der Vorlauf des Kreislaufes einmündet, wobei der Saugraum eine Verbindungsöffnung zu dem Rücklauf des Kreislaufes besitzt, deren Durchgangsquerschnitt durch Betätigung des Drostelventiles veränderbar ist. Zweckmässig ist es dabei, dass die Verbindungsöffnung zur Anderung des Durchtrittsquerschnittes von einem mit einem Ventilsitz ausgestatteten Ventilkörper abdeckbar ist, der mit der Membrane des Drosselventiles in Verbindung steht.
• Eine universell anwendbare und aussergewöhnlich feinfühlig steuerbare Steuereinrlchtung wird dadurch geschaffen, dass der Ventilkörper sowohl auf seiner einen als auch auf seiner anderen Seite mit einem Ventilsitz ausgestattet ist, wovon der eine in der einen Endlage des Ventilkörpers die Verbindung von dem Saugraum zu dem Rücklauf des- Kreislaufes absperrencl auf einem Ventilsitz der Verbindungsöffnung aufruht und der andere in der anderen Endlage des Ventilkörpers den Rückfluss von Arbeitsflüssigkeit zur Energiequelle absperrend auf einem Ventilsitz einer Rückflussöffnung aufruht und eine Verbindung zwischen dein Rücklauf von dern Verbraucher zu dem Saugraum herstellt.
• Weiterhin ist es zweckmässig, dass das Drosselventil mit Einrichtungen zur Lagefixierung der Platte gegenüber dem Ventilsitz verseilen ist.
• Die kompakte Bauweise der erfindungsgemässen Stellereinrichtung wird ausserdem dadurch erreicht, dass ein die eine Membranseite mit der Druckseite der Förderpumpe verbindender Kanal vorgesehen ist, der über ein Ventil absperrbar ist. Insbesondere im Falle von Steuereinrichtungen für Heizkreisläufe ist es vorteilhaft, dass das Ventil ein Schieberventil ist, dessen Schieber über einen Elektromagneten ein- und ausfahrbar ist.
• Eine aussergewöhnlich wirkungsvolle Beaufschlagung des Drosselventiles wird dadurch erreicht, dass die dazu verwendete Arbeitsflüssigkeit den Druckraum der Förderpumpe tangential entnommen wird. Damit wird nicht nur der statische Druck im Druckraum der Förderpumpe sondern auch der dynamische Druck der Flüssigkeit zur Beaufschlagung des Drosselventiles nutzbar gemacht.
• Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis insbesondere für Heizkreisläufe geeignete Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen einfachen Heizkreislauf der bekannten Art, Fig. 2 zeigt- schematisch ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen SteuereinricEltung, Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer einfachen erfindungsgemässen Steuereinrichtung, und Fig. 4 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Steuereinrichtung.
• Wie aus der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung hervorgeht, besteht ein einfacher Heizkreislauf der bekannten Art aus einem als Energiequelle dienenden Kessel K, der mit einer Leitung für den Austritt der aufgeheizten Arbeitsflüssigkeit, dem sogenannten Kesselvorlauf KV und einer Rückflussleitung für die abgekühlte Arbeitsflüssigkeit, dem sogenannten Kesselrücklauf KR, ausgestattet ist. Der Kesselvorlauf KV geht in eine Leitung, den sogenannten Heizungsvorlauf HV über, die einen Verbraucher, im vorliegenden Fall einen Heizkörper H, mit heisser Arbeitsflüssigkeit versorgt. Für den Rückfluss der Arbeitsflüssigkeit aus dem Heizkörper H ist eine weitere Leitung, der sogenannte Heizungsrücklauf HR vorgesehen, die in den Kesseirücklauf KR über Geht.
• Für das Umwälzen der Arbeitsflüssigkeit ist eine Pumpe P vorgesehen, die an dem Übergang zwischen dem Kesselvorlauf KV zu dem Heizungsvorlauf HV in den Kreislauf eingebaut; ist. Ausser den oben beschriebenen Leizungen besitzt er in Fig. 1 dargestellte Kreislauf noch eine Kurzsciilussleitung KL, die zwischen Kessel K und Heizkörper H eine Verbindung zwischen dem Rücklauf und dem Vorlauf des Kreislaufes herstellt. Die Kurzschlussleitung KL ist mii; einem Ventil V ausgestattet, das es ermöglicht, wie in Fig. 1 dargestellt, die Kurzschlussleitung KL abzusperren. In einem derartigen Fall wird die von der Pumpe P dem Heizkörper H zugeführte Arbeitsflüssigkeitsmenge vollständig dem Kessel K entnommen. Wird das Ventil V jedoch geöffnet, so besteht die von der Pumpe P geförderte Arbeitsflüssigkeitsmenge jeweils etwa zur Hilfe aus Flüssigkeit aus dem Kesselvorlauf KV und der Kurzschlussleitung KL. Dies bedeutet dass durch die Kurzschlussleitung KL die Möglichkeit gegeben ist, Flüssigkeit aus dem Heizungsrücklauf HR abzuziehen und dem Heizungsvorlauf HV wieder zuzuführen, ohne dass diese Flüssigkeit in dem Kessel K erneut aufgeheizt worden ist.
• Durch Zwischenstellungen des Ventiles V kann das Verhältnis der aus dem Kesselvorlauf KV abgezogenen Flüssigkeitsmenge zu der aus der Kurzschlussleitung KL geförderten Flüssigkeitsmenge eingestellt werden.
• Wie eingangs bereits beschrieben, benötigen derartige Ventile V erhebliche Stellkräfte zur Veränderung ihres wirksamen Durchströmquerschnittes. Bei Heizkreisläufen werden diese Stellkräfte beispielsweise durch Elektromotoren mit nachgeschaltetem Getriebe geliefert. Bei erfindungsgemässen Steuereinrichtungen, wie sie in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt sind, ist die Anordnung von Elektromotoren oder anderen geeigneten Kraftquellen zur Erzeugung der Stellkräfte für das Ventil V nicht notwendig.
• Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung zu ersehen ist, ist die gesamte Steuereinrichtung in einem einzigen Gehäuse 1 untergebracht. Dieses Gehäuse 1 besitzt insgesamt vier Anschlüsse. Zwei davon dienen zum Anschluss des issels K, also des Kesselvorlaufes KV und des Kesselrüclclaures KR. Die anderen beiden dienen zum Anschluss der Heizung H, also zum Anschluss an den Heizungsvorlauf IN und dem IIeizungsrUcklauf HR. Ausserdem ist in diesem Gehäuse noch die Förderpumpe P untergebracht.
• Wie aus der Fig. 2 hervorgeiit, umschliesst das Gehäuse 1 im wesentlichen einen einzigen Raum, den sogenannten Saugraum 2, in den der Kesselvorlauf KV und die Saugseite der Pumpe P einmünden. Der Auslass auf der Druckseite der Förderpumpe P mündet direkt in den Anschluss für den Heizungsvorlauf HV. Arbeitet die Pumpe P, so wird Arbeitsflüssigkeit aus dem Kessel K über den Kesselvorlauf KV in den Saugraum 2 gesaugt und von dort in den Heizungsvorlauf HV gefördert.
• Unter dem Saugraum 2 verläuft quer durch das Gehäuse 1 ein Durchgang ), an dessen einem Ende der Heizungsrücklauf HR und an dessen anderem Ende der Kesselrücklauf KR angeschlossen ist. Zwischen dem Saugraum 2 und dem Durchgang 3 besteht eine Verbindung (Kurzschlussleitung KL), deren Verbindungsöffnung 4 zum Saugraum 2 von einem als Platte 5 ausgebildeten Ventilkörper mehr oder weniger abdeckbar ist. Die Platte 5 ist an einer Verbindungsstange 6 befestigt, die an ihrem der Platte 5 entgegengesetzten Ende einen Teller 7 und eine an diesem Teller 7 anliegende Membrane 8 besitzt, deren Ränder zwischen einem Deckel 9 und einem Gehäuseunterteil lo des Gehäuses 1 dichtend eingeklemmt sind. Der Deckel 9 ist derart geformt, dass er auf der dem Saugraum 2 gegenüberliegenden Seite der Membrane 8 mit der Membrane einen geschlossenen Druckraum 11 bildet, der über einen Kanal 12 mit der Druckseite der Pumpe P in Verbindung steht. Dieser Kanal 12 ist mittels eines Ventiles 15 absperrbar, dessen Schieber 14 von einem Elektromagneten 15 betätigt wird.
• Die ArbeiSweise der erfindungsgemässen Steuereinrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist nun folgende. Während des normalen Betriebes ist die Platte 5 mit ihrem Ventilsitz von dem Ventilsitz der Verbindungsöffnung 4 etwas abgehoben, so dass die Pumpe nicht nur Arbeitsflüssigkeit aus dem Kesselvorlauf KV, sondern auch Arbeitsflüssigkeit über die Kurzschlussleitung K aus dem Durchgang 3, also aus dem Heizungsrücklauf HR ansaugt und in den Heizungsvorlauf HV fördert. Wird nun beispielsweise aufgrund einer sinkenden Aussentemperatur eine grössere Heizleistung benötigt, so erhält der Elektromagnet 15 von einem Temperaturgeber ein elektrisches Signal, so dass er den Schieber 14 aus dem Kanal 12 herauszieht und somit den Durchgang von der Druckseite der Pumpe P zu dem Druckraum 11 freigibt. Damit kann unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit auf die dem Saugraum 1 entgegengesetzte Seite der Membrane 8 strömen, wodurch diese ausweicht und über den Teller 7 und die Verbindungsstange 6 den Teller 5 auf den Ventilsitz der Verbindungsöffnung 4 drückt. Damit ist der Durchgang 5 gegenüber dem Saugraum 2 abgesperrt und die Pumpe P fördert ausschliesslich Arbeitsflüssigkeit aus dem Kesselvorlauf KV in den Heizungsvorlauf HV.
• Da es in besonderen Fällen, beispielsweise aus Kapazitätsgründen, erwünscht sein kann, dass stets eine bestimmte Mindestmenge von Arbeitsflüssigkeit aus dem Heizungsrücklauf HR in die von der Pumpe P geförderte Flüssigkeitsmenge gemischt wird, ist eine Stellschraube 16 vorgesehen, die mit ihrem Absatz 17 die Platte 5 daran hindert, die Verbindungsöffnung 4 vollständig zu verschliessen.
• Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung. Die Arbeitsweise dieser Steuereinrichtung entspricht genau der Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Steuereinrichtung.
• Im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist Jedoch der Durchgang 7 für den Anschluss des Heizungsrücklaufes HR und des Kesselrücklaufes KR durch den Saugraum 2 hindurchgeführt, so dass sich die Anordnung der die Bewegung der Membrane 8 übertragenden Verbindungsstange 6 mit Platte 5 erübrigt. Die Funktion der Platte 5 übernimmt in diesem Ausführungsbeispiel der Membranteller 7 selbst, der mit seiner Dichtfläche auf einem Rand 17 der Verbindungsöffnung 4 dichtend zur Anlage gebracht werden kann. Wie mit einer Pfeil-Linie 18 angedeutet, strömt bei geöffneter Verbindungsöffnung die dem Rüclclauf entnommene Flüssigkeitsmenge aussen um den Durchgang 5 herum zur Saugseite der Pumpe P.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Steuereinrichtung ist in Fig. 4 dargestellt.
• Wie auch in den in Fig. 2 und 5 dargestellten AusfUhrungsbeispielen mündet der Kesselvorlauf KV und die Saugseite der Pumpe P direkt in den Saugraum 2. Im Gegensatz zu diesen Ausführungsbeispielen ist Jedoch vom Heizungsrücklauf HR zum Kesselrücklauf KR kein direkter unbehinderter Durch gang gegeben. Vielmehr kann der wirksame Durchtrittsquerschnitt dieses Durchganges durch Absenken einer Platte 17 auf einem Dichtrand 18 einer Büchse 19 geändert oder abgesperrt werden. Ausser diesem Dichtungssitz auf der dem Dichtrand 18 benachbarten Seite besitzt die Platte 17 auf ihrer gegenüberliegenden Seite einen weiteren Dichtungssitz, der an einem von dem Gehäuse 1 gebildeten ringförmigen Dicht rand 20 des Saugraumes 2 zur Anlage gebracht werden kann.
• Die Platte 17 selbst ist an einer in der Büchse 19 geführten Verbindungsstange 6 befestigt, die mit ihrem der Platte 17 entgegengesetzten Ende mit einem Teller 7 und einer an diesem Teller dicht anliegenden Membrane 8 verbunden ist. Die Arbeitsweise dieser Membrane entspricht der Arbeitsweise der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele.
• Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Teller 7 durch eine sich an der Büchse 19 abstützenden Feder 21 derart beaufschlagt, dass die Verbindungsstange 6 in Normallage an einer Stellschraube 16 anschlägt, über die das Abzweigungsverhältnis der aus dem Heizungsrücklauf HR angelieferten Flüssigkeitsmenge eingestellt werden kann.
• Der Vorteil dieser zwischen zwei ringförmigen Dichträndern 1 und 20 hin- und herbewegbaren Platte 17 besteht darin, dass in dem Masse, in dem der wirksame Durchgangsquerschnitt auf der einen Seite der Platte 17 vergrössert wird, der andere Durchgangsquerschnitt im gleichen Masse verringert wird. Der effektiv vorhandene Gesamtdurchgangsquerschnitt ist somit unabhängig von der Jeweiligen Lage der Platte 17 stets gleich. Liegt der Dichtsitz der Platte 17 an dem Dichtrand der Büchse 19 an, so ist der Kesselrücklauf KR des Kreislaufes abgesperrt, so dass aus dem Kesselvorlauf KV von der Pumpe P keine Arbeitsflüssigkeit mehr angesaugt werden kann.
• Stattdessen fördert die Pumpe P die gesamte Flüssigkeitsmenge aus dem Heizungsrücklauf HR in den Heizungsvorlauf HV. In der anderen Endstellung liegt der Dichtsitz der Platte 17 an dem Dichtrand 2o des Gehäuses 1 an, so dass die aus dem Heizungsrücklauf HR kommende Flüssigkeitsmenge nur über den Kesselrücklauf, nicht aber über den Saugraum 2 abfliessen kann. Dies hat zur Folge, dass die Pumpe P ausschliesslich aus dem Kesselvorlauf K entnommene Flüssigkeit in den Heizungsvorlauf HV fördert. In der in Fig. 4 dargestellten Lage der Platte 17 wird etwa die Hälfte der aus dem Heizungsrücklauf HR angelieferten Flüssigkeitsmenge in den Saugraum 2 und den Kesselrücklauf KR fliessen.

Claims (12)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Steuereinrichtung für hydraulische Kreisläufe, insbesondere Heizkreisläufe, zwischen einer Energiequelle und mindestens einem Verbraucher, mit einer in einem Vorlauf des Kreislaufes angeordneten, die Arbeitsflüssigkeit umwälzenden Förderpumpe und einem steuerbaren Drosselventil in einer einen Rücklauf des Kreislaufes mit dem Vorlauf verbindenden, und in diesen zur uf der Saugseite der Förderpumpe einmündenden Kurzschlussleitung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass das Drosselventil (5, 6, 7, 8, 17), die Kurzschlussleitung (KL) und die Förderpumpe (P) in einem Gehäuse (1) mit Anschlüssen für die Vorlauf- (KV, HV) und die Rücklaufleitungen (KR, HR) angeordnet sind, wobei das Drosselventil (5, 6, 7, 8, 11) mit Arbeitsflüssigkeit aus der Druckseite der Förderpumpe (P) steuerbar ist.

Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass das Drosselventil (5, £,7, 8, 17) als Membranventil ausgebildet ist, dessen eine Membranseite mit Arbeitsfllssigkeit aus der Druckseite der Förderpumpe (P) beaufschlagbar ist.

Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die andere Membranseite des Drosselventiles (5, 6, 7, 8, 17) zumindest zeitweise rnit der Saugseite der Förderpumpe (P) in Verbindung steht.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Saugseite der Förderpumpe (P) mit einem Saugraum (2) in Verbindung steht, in den der Vorlauf (KV) des Kreislaufes einmündet.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i e h n e t , dass der Saugraum (2) eine Verbindungsöffnung (KL, 4) zu dem Rücklauf (HR, KR) des Kreislaufes besitzt, deren Durchgangsquerschnitt durch Betätigung des Drosselventiles (5, 6, 7, ds t veränderbar ist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindungsöffnung (KL, 4) zur änderung des Durchtrittsquerschnittes von einem mit einem Ventilsitz ausgestatteten Ventilkörper (5) abdeckbar ist, der mit der Membrane (6) des Drosselventiles in Verbindung steht.

Y. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilkörper (17) sowohl auf seiner einen als auch auf seiner anderen Seite mit einem Ventilsitz ausgestattet ist, wovon der eine in der einen Endlage des Ventilkörpers (17) die Verbindung von dem Saugraum (2) zu dem Rücklauf (HR) des Kreislaufes absperrend auf einem Ventilsitz (20) der Verbindungsöffnung aufruht und der andere in der anderen Endlage des Ventilkörpers den Rückfluss von Arbeitsflüs-' sigkeit zur Energiequelle (K) absperrend auf einem Ventilsitz (18) einer Rückflussöffnung aufruht und eine Verbindung zwischen dem Rücklauf (HR) von dem Verbraucher (H) zu dem Saugraum (2) herstellt.

o. Steuereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilkörper eine Platte (5, 17) ist, die iiber eine Verbindungsstange (6) mit der Membrane (8) des Drosselventiles verbunden ist.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass das Drosselventil (5, (), 7, 8, 17) mit Einrichtungen (16) zur Lagefixierung der Platte (5, 17) gegenüber dem Ventilsitz versehen ist.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass ein die eine Membranseite mit der Druckseite der Förderpumpe (P) verbindender Kanal (12) vorgesehen ist, der über ein Ventil (13) absperrbar ist.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch lo, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ventil (15) ein Schieberventil ist, dessen Schieber (14) über einen Elektromagneten (15) ein- und ausfahrbar ist.

12. Steuereinrichtung nach Anspruch lo, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kanal (12) tangential in den Druckraum der Förderpumpe (P) einmündet.

L e e r s e i t e