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Ventilbetätigungsvorrichtung für Regelventile, insbesondere für Heizungsanlagen
Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungs-oder Einstellvorrichtung für Regelventile
von Regelanlagen, insbesondere von Heizungsanlagen, bei denen die Steuerung der
Regelventile in Abhängigkeit von zwei oder mehr Regeigrößen erfolgt, deren Reg-elimpulse
mittels an den Regelventilen angeordneter Stellwerke oder Stellmotoren entsprechende
Stellwege der Ventilspindel nervorrufen.
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Es gibt Regelanlagen, bei denen zwecks Herbeiführung der gewünschten
Regelung unter dem Einfluß von mahr als einer Regelgröße für jede Regelfunktion
ein besonderes Regelgerät vorgesehen werden muß. Ein solcher Fall liegt beispielsweise
bei der Differenzdruckregelunb von Fernheizanlagen mit zusätzlicher Mengenbegrenzung
vor. Hier wird die Heizwassermenge an jedem Heizkörper individuell eingestellt,
wobei ein konstanter Differenzdruck normalerweise einen gleichmäßigen Betrieb ermöglicht.
Der konstante Differenzdruck wird dabei von einem besonderen Differenzdruckregelventil
aufrecht erhalten. Unter bestimmten Umständen, z.B. wenn gegen Abend die Mieter
einer ferngeneizten Wohnanlage nach Hause kommen und innerhalb kurzer Zeit zahlreiche
Heizkörper einschalten, kann aber der Wärmebedarf der gesamten Wohnanlage so hoch
ansteigen, daß die Heizwasserversorgung aus der Fernheizung gefährdet wird. Um dies
zu verhüten, muß ein zusätzlicher Mengenbegernzer vorgesehen werden.
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Ein solcher Mengenbegrenzer bestent z.B. aus einer für den Jeweiligen
Fall einzustellenden und dann unverändert bleibenden Drosselstelle und einem Regelventil,
welches unter der Wirkung der Druckdifferenz vor una hinter der Drosselstelle die
Heizwassermenge so regelt, daß eine bestimmte Höchstmenge nicht überschritten werden
kann. Bisher waren zur Lösung einer
solchen Regelungsaufgabe zwei
besondere Regelgeräte, im allgemeinen ein Differenzdruckregler für den konstanten
Differenzdruck und ein Mengenbegrenzer mit Meßblende und Differenzdruckregelung
erforderlicn.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, diese oder ähnliche Regelungsaufgaben
au ein£acnere und weniger aufwendige Weise zu lösen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwei oder mehr von
verschiedenen Regelgrößen gesteuerte Stellwerke oder Sbellmotoren hintereinander
oder nebeneinander an einem gemeinsamen Regelventil angeordnet und die Stellglieder
der einzelnen Stellwerke oder otellmotoren nacn dem Prinzip der Maximalauswahl der
Regelgrößen mit der Ventilspindel des Regelventils koppelbar sind.
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Dieser grundsätzliche Erfindungsgedanke kann praktisch auf verschiedene
Weise verwirklicnt werden.
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Gemäß einer einfachen und zweckmäßigen Ausführungsform sind auf dem
Ventilgehäuse des Regelventils zwei oder mehr Stellwerke oder Stellmotoren übereinader
angeordnet, durch deren hülsenförmige Stellglieder eine mit Anscijlägen für die
Stellglieder versehene und zwischen cien Anschlägen unterbrochene, die Ventilspindel
verlängernde
Ventilbetätigungsstange verschiebbar hindurchgeführt ist. Dabei kann es vorteilhaft
sein, die Anschläge auf der Ventilspindel bzw. auf dem von letzterer getrennten
Verlängerungsteil der Ventilbetätigungsstange längsverstellbar zu befestigen. Das
letzte oder oberste Stellwerk kann übrigens auch auf besonders einfache Weise mit
einem stift- oder stangenförmigen Stellglied versehen sein, welches in das hülsenförmige
Stellglied des nächstfolgenden Stellwerkes oder Stellmotors hineinragt und dort
gegen die obere Stirnfläche des von der entgegengesetzten Seite in das hülsenförmige
Stellglied ragenden Teiles der Ventilbetätigungsstange bzw. der Ventilspindel anschlägt.
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Bei einer Vorricljtung zur Betätigung eines auf Differenzdruck ansprechenden
Regelventils für Heizungsanlagen ist zur Lösung des eingangs erwähnten Spezialproblems
die Stellwerkseinrichtung so ausgebildet, daß das erste Stellwerk ein Differenzdructstellwerk
mit einer Arbeitsmembran ist, die mit dem hülsenförmigen Stellglied verbunden ist,
und daß das zweite Stellwerk ebenfalls ein Differenzdruckstellwerk mit einer Arbeitsmembran
ist, die mit dem llülsenförmigen Stellglied verbunden ist. Die Arbeitsmembran des
einen
Differenzdruckstellwerkes wird hierbei von der Druckdifferenz
über einer einstellbaren Drosselstelle an dem im Rücklauf der Heizungsanlage liegenden
Regelventil gesteuert, während die Arbeitsmembran des anderen Differenzdruckstellwerkes
von der Druckdifferenz über den Vorlauf und Rücklauf der gesamten Heizungsanläge
betätigt wird.
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In manchen Fällen kann eos z.B. für die Verbesserung des Wirkungsgrades
einer Heizungsanlage von Vorteil sein, auch die Temperatur in der Rücklaufleitung
zur Steuerung der Heizwassermenge heranzuziehen in der Weise, daß bei einer Erhöhung
dieser Temperatur die Durchflußmenge des Heizwassers gedrosselt wird.
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Das dritte oder letzte Stellwerk der Ventilbetätigungsvorrichtung
kann dann ein Temperaturregelstellwerk eines Temperaturreglers sein, dessen Arbeitskörper
auf dem vorangehenden Stellwerk oder Stellmotor angeordnet ist und von einem mit
Ausdehnungstlüssigkeit gefüllten Wärmefühler oder Thermostaten betätigt wird.
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Gemäß einer besonders einfachen und raumsparenden Ausführungsform
der Erfindung können zwei oder gegebennfaiis auch mehr Stellwerke oder Xbilmotoren
in einem gemeinsamen Stellwerkgehäuse vereinigt sein,
welches an
dem Ventilgehäuse des Regelventils angeordnet wird. Beispielsweise sind in einem
dreiteiligen Gehäuse zwei Differenzdruckstellwerke mit übereinander angeordneten
Arbeitsmembranen untergebracht, die von dem Jeweiligen Druck in einer oberen Gehäusekammer
bzw. in einer unteren Gehäusekammer und dem Druck in einer gemeinsamen mittleren
Gehäusekammer beausenlagt werden.
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Schließlich ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig,
die einstellbare Drossel gleich in das Ventilgehäuse des Regelventils einzubauen.
Dies kann auf einfache Weise mis Hilfe einer Drossel bewirkt werden, die aus einem
ortsfesten, aur der Eintrittsseite des Regelventils gegenüber dem Ventilsitz eingebauten
Drehschiebergehäuse und einem in letzterem drenbar gelagerten, von außen verscellbaren
Drehschieber besweh.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sina nachstehend
anhand einer ZeIchnung naher beschrieben.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsformen beispielsweise
veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit
zwei Differenzdruckstellwerken und einem Temperaturfuh'-lerstellwerk für einen Mengenbegrenzer
einer Heizungsanlage, wobei das eigentliche Regelventil fortgelassen ist, und Fig.
2 zeigt im Längsschnitt einen Mengenbegrenzer für eine Heizungsanlage mit einem
Regelventil mit eingebauter Drosselstelle und mit zwei kombinierten Differenzdruckstellwerken.
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Die Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1 setzt sich zusammen
aus einem Differenzdruckstellwerk 1, das von der Druckdifferenz vor und hinter einer
einstellbaren Drosselstelle an einem in die RUcklaufleitung der Heizungsanlage eingebauten
Regelventil gesteuert wird, einem Differenzdruckstellwerk 2, das von der Druckdifferenz
zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf der gesamten Heizungsanlage gesteuert wird,
und dem Temperaturstellwerk 3 eines in die Rücklaufleitung der Heizungsanlage eingebauten
Temperaturfühlers.
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Diese Stellwerke betätigen nach dem Prinzip der Maximal auswahl aus
den drei Regelgrößen das Regelventil, von dem in Fig. 1 nur der obere Teil der Ventilspindel
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dargestellt ist. Das Differenzdruckstellwerk 1 ist mittels Säulen
5 auf dem Ventilgehäuse des Regelventils befestigt; das Differenzdruckstellwerk
2 ist mittels Säulen 6 auf dem Differenzdruckstellwerk 1 angebracht, und das Differenzdruckstellwerk
2 trägt schließlich das TemperaturstellwerK ).
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Das Differenzdruckstellwerk 1 hat ein Membrangehäuse, welches aus
einer unteren Gehäuseschale 7 und einer oberen Gehäuse schale 8 zusammengesetzt
ist. Zwischen den Randflanschen der Gehäuseschalen 7 und 8 ist eine Rollmembran
9 eingespannt, an der mittels eines Spannbandes 10 ein Membranteller 11 befestigt
ist. Im Zentrum des Membrantellers 11 ist ein hülsenförmiges Stellglied 12 mittels
eines in eine Führungshülse 14 eingeschraubten Gewindestutzens 1) befestigt. Das
Stellglied 12 ist in der unteren Gehäuseschale 7 verschiebbar geführt und mittels
eines O-Ringes 15 abgedichtet. Die Führungshülse 14 ist axial darüber in der oberen
Gehäuseschale 8 verschiebbar geführt und dort mittels eines O-Ringes 16 abgedichtet.
Zwischen der unteren Gehäuseschale 7 und dem Membranteller 11 sind Federn 1( eingespannt>
die den Membranteller 11 in seine obere Anschlagstellung drücken, werm kein Druck
von oben tu1 den Membranteller
den Federn 17 entgegenwirkt. Diese
Stellung entspricht der Öffnungsstellung des Regelventils.
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Die obere Gehäuse schale 8 hat einen Anschlußstutzen 18, der mit der
Plusdruckseite der Drosselstelle verbunden ist, während die untere Gehäuse schale
7 einen Anschlußstutzen 19 besitzt, der an die MinusdrucKseite der Drosselstelle
angeschlossen ist.
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Das Differenzdruckstellwerk 2 hat ein Membrangehäuse, welches aus
einer unteren Gehäuse schale 20 und einer oberen Gehäuseschale 21 zusammengesetzt
ist. Zwischen den Randflanschen der Gehäuseschalen 20 und 21 ist eine Rollmembran
22 mit Hilfe von Schrauben 23, 24 eingespannt. Die Rollmembran 22 ist an einem Membranteller
25 mittels eines Spannbandes 26 befestigt. Im Zentrum des Membrantellers 25 ist
ein hülsenförmiges Stellglied 27 mittels eines in eine Führungshülse 28 eingeschraubten
Gewindestutzens 29 befestigt. Das Stellglied 27 ist in der unteren Gehäuseschale
20 verschiebbar geführt und mittels eines O-Ringes 50 abgedichbet, während die Führungsnülse
28 in der oberen Gehäuseschale 21 verschiebbar geführt und mittels eines O-Ringes
71 abgedichtet ist.
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Zwischen der unteren Gehäuseschale 20 und dem Membranteller 25 sind
Federn 52 eingespannt, die den Membranteller 25 in seine obere Anschlagstellurig
drücken,
wenn von oben her kein Druck auf den Membranteller den
Federn )2 entgegenwirkt. Die obere Gehäuse schale 21 hat einen Anschlußstutzen )),
der an die Vorlaufleitung der Heizanlage angeschlossen ist, während die untere Gehäuseschale
20 einen Anschlußstutzen )4 besitzt, der mit der Rücklaufleitung der Heizanlage
verbunden ist.
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ueber der Durchführungsstelle (O-Ring 31) der Führungshülse 28 ist
auf der oberen Gehäuse schale 21 des Differenzdruckstellwerkes 2 mittels eines Verbindungsrohrstückes
40 und einer Uberwurfmutter 41 der rohrförmige Arbeitskörper 42 des Temperaturstellwerkes
3 befestigt. In dem Arbeitskörperrohr 42 ist ein Arbeitskolben 43 auf einer Kolbenstange
44 befestigt und bildet den Boden eines Federrohres 45, dessen unteres Ende mi6
einem Ringkörper 46 dicht verbunden ist, welcher zwischen dem Verbindungsrohrstück
40 und der Uberwurfmutter 41 eingespannt ist.
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Der Raum zwischen dem Federbalg 4), 45 und dem Arbeitskörperrohr 42
ist über ein Kapillarrohr 47 mit dem Innenraum eines in die Rücklaufleitung der
Heizungsanlage eingebauten Wärmefühlers verbunden, der mit einer Ausdehnungsflüssigkeit
gefüllt ist, die sich auch in dem Arbeitskörper 42 und in dem Kapillarrohr 4f befindet.
Es kann aber im Arbeitskörper 42 und im
Kapillarrohr 47 auch eine
von der Ausdehnungsflüssigkeit im Wärmefühler getrennte, besondere Ubertragungsflüssigkeit
verwendet werden.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellcen
Ventilbetätigungsvorrichtung ist folgende: Die Ventilspindel 4 des Regelventils
wird durch eine ebenfalls nicht dargestellte Feder nach oben gedrückt, wobei sie
mit einem Anschlag )5 gegen das Stellglied 12 zur Anlage kommt. Dabei reicht das
obere Ende 96 der Ventilspindel 4 in die Bohrung des Stellgliedes 12. Diese obere
Stellung der Ventilspindel 4 entspricht der Offenstellung des Regelventils. Wenn
der Druck im Anschluß 18 größer ist als der Druck im Anschluß 19, wirkt auf' dem
Membranteller 11 eine Kraft, die das Stellglied 12 gegen die Kraft der Federn 17
und über einen Anschlag 55 auch die Ventilspindel 4 nach unten, d.h. in Richtung
Ventilabschluß bewegt.
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Wenn sich das Regelventil mehr schließt, verringert sich die Durchflußmenge
und damit auch der Differenzdruck. Es stellt sich schließliciileichgewicht her,
bei dem die Heizwasser-Durchflußmenge dem Differenzdruck über der Drosselstelle
im Rücklauf entspricnt.
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Das obere Differenzdruckstellwerk 2 arbeitet genauso wie vorstehend
für das untere Differenzdruckstellwerk 1 beschrieben, d.h. wenn der Druck im Anschluß
3) größer ist als im Anschluß 34, wirkt auf den Membranteller 25 eine Kraft, die
das Stellglied 27 gegen die Krart der Federn 32 nach unten bewegt.
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Diese Bewegung wird mittels eines Anschlags 38 auf eine Zwischenstange
37, deren oberes Ende )9 in das hohle Stellglied 27 ragt und die nach unten durch
die Führungshülse 14 bis zum Anschlag des oberen Endes 36 der Ventilspindel 4 reichtlund
damit auf die Ventilspindel 4 übertragen. Auch hier stellt sich ein Gleichgewicht
ein, bei dem die Heizwassermenge dem Druckverlust in der Heizanlage entspricht.
Steigt die Temperatur am Wärmefuhler, so dehnt sich die darin enthaltene Flüssigkeit
aus und schiebt dabei die Kolbenstange 44 unter Zusammendrückung des Federrohres
45 nacfl unten gegen das obere Teil 39 der Zwischenstange 37. Da diese sicn wiederum
gegen das obere Ende 36 der Ventilstange 4 abstützt, wird das Ventil in Richtung
Schließstellung betätigt und dadurch eine kleinere Durchflußmenge eingestellc. Falls
die Temperatur am Wärmefühler zu hoch ist, wird also die Heizwassermenge verringert.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit Fig. 1 ersichtlich ist,
richtet sicti die Stellung der Venb lstange 4 und damit
des Regelventils
nach dem größten Stellweg eines der drei Stellwerke 1, 2 unu 3. Es wird also das
Maximum aus den drei Einflußgrößen ausgewählt und für die Steuerung des Reglers
benutzt.
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In Fig. 1 sind der Eintachheit halber feste Anschläge 35 bzw. 38
auf der Ventilstange 4 und der Zwischenstange 37 gezeigt. Es kann aber zweckmäßig
sein, diese Anschläge in Längsrichtung verstellbar zu machen, um eine einfachere
und bequemere Justierung des Reglers zu ermöglichen. Eine andere Ausführungsform
ergibt sich, wenn man die Zwischenstange fort läßt unu die Ventilspindel 4 bis zum
letztes Stellwerk durchführt. Die verschiedenen Anschläge müßten dann ebenfalls
in Längsrichtung aufschiebbar und verstellbar angeordnet werden.
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In Fig. 2 der Zeichnung ist eine weitere besonders einfache Ausführungsform
eines Heizungsreglers gemäß der Erfindung dargestellt. Hier handelt es sich um einen
Mengenbegrenzer, in dessen Regelventil eine einstellbare Drossel eingebaut ist und
dessen Schließorgan von zwei Differenzdrücken, nämlich einmal von dem Difrerenzdruck
über der gesamten Heizanlage und zweitens von dem Vlfferenzdruck über der einstellbaren
Drossel beeinflußt wird. Eine wesentliche
Vereinfachung wird dabei
durch eine Vereinigung der beiden Differenzdruckstellwerke in einem einzigen Membrangehäuse
erreicht. Hier braucht nur eine Impulsdruckleitung nach außen verlegt zu werden.
Die beiden'anderen Impulsdruckleitungen werden bei der Pertigung des Mengenbegrenzers
an dem Gerät selbst verlegt.
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Dieser Mengenbegrenzer wird in die Rücklaufleitung einer Heißwasser-Heizanlage
eingebaut. In das Ventilgehäuse 100 des Regelventils ist auf der Einlaufseite gegenüber
dem Ventilsitz 102 eine einstellbare Drossel eingebaut. Die Drossel besteht aus
einem Drehschiebergehäuse 103, das ortsfest angeordnet ist und einem Drehschieber
104, der darin drehbeweglich gelagert ist und der von außen über eine Welle 105
verstellt werden kann. Ein Zeiger 1 o6 zeigt dabei auf einer Skala die oeffnung
der Drosselstelle an. Nach der Einstellung kann die Stellung der Drossel durch Anziehen
einer Schraube 107 gesichert werden. Ein O-Ring 1o8 sorgt für die Dichtung. Der
Ventilkegel 109 des Regelventils ist auf einer Ventilstange 110 befestigt. Die Ventilstange
110 wird durch ein Federrohr 111 abgedichtet, wobei die Federrohrbüchse 112 durch
einen Flansch 113 gegen das Gehäuse 100
gepreßt wird. Die Ventilstange
110 trägt einen Bund 146, gegen den sich eine Feder 147 über einen Federteller 148
abstützt.
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Das in drei Kammern unterteilte Differenzdruckstellwerk 114 ist durch
Säulen 115 mit dem Flansch 113 des Regelventils verbunden. Das Membrangehäuse besteht
aus einer unteren Gehäuseschale 116, einem mittleren Gehäuseteil 120 und einer oberen
Gehäuseschale 121. Die Gehäuseschale 116 ist durch Schrauben 117 gegen die Säulen
115 geschraubt. Eine Rollmembran 118 ist außen zwischen der unteren Gehäuseschale
116 und dem Membrangehäusemittelteil 120, eine weitere Rollmembran 134 zwischen
dem Mittelteil 120 und der oberen Gehäuseschale 121 eingespannt. Die Sinspannung
erfolgt durch Schrauben 122. Dadurch ist das Membrangenäuse in drei Räume geteilt.
Der untere Gehäuseraum ist mit einem Rohranschluß 123, der mittlere Gehäuseraum
mib einem Rohranschluß 124 und der obere Gehäuseraum mit einem Rohranschluß 125
versehen.
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Der untere Membranteller 126, der durch ein Spannband 127 mit der
Rollmembran 118 verbunden ist, trägt in der Mitte ein hülsenförmiges Stellglied
128, das durch eine i4iitter 129 festgezogen ist. Zwischen der Mutter 129 und dem
Stellglied 128 befindet sich
ein O-Ring 130, ddr die Führung eines
Sbellgliedes 132 des oberen Menbrantellers 131 abdichtet. Das Stellin glied 128
ist/der unteren Gehäuseschale 116 geführt und durch einen O-Ring 149 abgedichtet.
Es ist am unteren Ende mit einem Gewinde verstehen, auf das eine Mutter 150 aufgeschraubt
ist, die als Anschlag für den Membranteller t26 und zur Einstellung der Absützfedern
119 dient. Der obere Membranteller 131 ist durch ein Spannband 133 mit einer Rollmembran
134 verbunden. In der Mitte ist der Membranteller 131 mittels einer Mutter 135 mit
einem Federstützteil 136 verbunden, das nach unten in das Stellglied 132 übergeht.
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Die obere Gehäuseschale 121 ist durch eine Hülse 137 nach oben verlängert,
in welcher eine Zugfeder 138 untergebracht ist. Die Hülse 137 ist oben durch ein
Verschlußstück 1)9 abgeschlossen, in dem ein Handrad 140 für die Federeinstellung
gelagert ist. Das Handrad 140 ist mit einer Spindel 141 verbunden, deren Gewindeteil
in ein mit Muttergewinde versehenes Federhalteteil 142 hineinreicht. Zur Abdichtung
ist ein 0-Ring 143 vorgesehen. Am Handrad 140 ist ein Zeiger 144 angebracht, der
die Einstellung der Feder 138 an einer Skala 145 anzeigt.
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Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen und in Fig. 2 dargestellten
Mengenbegrenzers ist folgende: Der Anschluß 123 des Differenzdruckstellwerkes ist
mit einem Anschluß 152 zu einem Raum zwischen der einstellbaren Drossel 103, 104
und dem Ventilsitz 102 verbunden. Der Anschluß 124 ist mit einem Anschluß 151 zu
dem Raum vor der Drossel 103, 104 verbunden.
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Der Membranteller 126 ist damit durch den Differenzdruck, der vom
Rücklaufstrom über die Drossel 103, 104 erzeugt wird, beaufschlagt und wirkt gegen
die Kraft der Federn 119. Der Anschluß 125 wird mit eine Anschlußstelle des Vorlaufen
verbunden, wodurch der obere Membranteller 131 vom Differenzdruck der gesamten Heizanlage
beaufschlagt wird und gegen die Kraft der Zugfeder 138 wirkt. Ist der Differenzdruck
der Heizungsanlage größer als die Wirkung der eingestellten Zugfeder 138, so bewegt
sich der obere Membranteller 131 nach unten; das Stellglied 132 drückt auf die Ventilspindel
110 und bewegt den Ventilkegel 109 in Richung Schließstellung. Ist der Differenzdruck
des Rücklaufes über der einstellbaren Drossel 103, 104 größer als die Wirkung der
Druckfedern 11y, so bewegt sich der untere Membranteller 126 nach unten; das Stellglied
128 tJerQlrt der Anschlag 146 der Ventilstange 110 und bewegt
den
Ventilkegel 109 in Richtung Schließstellung. Die Durchlaufmenge des Heizwassers
im Rücklauf wird also begrenzt entweder durch den Differenzdruck über der gesamten
Heizanlage oder durch den Differenzdruck, der über der einsbellbaren Drossel 103,
104 entsteht, Je nachdem welcher Differpnzdruck größer ist, wobei die Wirkung der
Differenzdrücke auch verschieden eingestellt werden kann. Die Regelung erfolgt auf
diese Weise auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung nach dem Prinzip der Maxital-uswahl.
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Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht aul die vorstehend
beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele, sondern
sie umfaßt alle Varianten im Rahmen der wesentlichen Erfindungsmerkmale.
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Ansprüche