-
Ventil Die Erfindung betrifft ein Ventil für Fluide, vorzugsweise
ein thermostatisches Heizkörperventil oder ein Ventil mit thermo-hydraulischem Antrieb,
bei dem sich der Fuh eines mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden beweglichen Ventil
gliedes, ausgehend von der Schließstellung des Ventilgliedes in Ahhängigkeit der
Stellung eines das bewegliche ventilalie antreibenden Antriebsgliedes progressiv
ändert, wobei der .Antrieb elastisch ist und/oder zwischen Antrieb und bewegliches
Ventilglied ein elastisches Zwischenglied zwischengeschaltet ist, und mit einem
Rückstellfedermittel für das bewegliche Ventilglied.
-
In vielen Fällen ist es bei Ventilen der vorstehenden Art erwünscht,
daß sie eine progressive, insbesondere eine angenähert gleichprozentige Durchflußkennlinie
besitzen. tnter einer gleichprozentigen Durchflußkennlinie wird verstanden, daß
bei linearer Änderung der Temperatur oder des Druckes die zeitliche Durchflußmenge
des gesteuerten flurchlasses eY-ponentiell anwächst. Inshesondere bei thermostatischen
Heizkörperventilen ist es erwünscht, daß die Verstellung des heweglichen Ventilgliedes
nicht linear zur äußeren Umgebungstemperatur stattfindet, sondern bei Änderungen
der timgebuncstemperatur beginnend am Schließpunkt zunächst relativ langsam und
dann rascher erfolgt. Man erreicht damit eine erhebliche Verbesserung der Regelcharakteristik
derartiger Ventile. Falls es nämlich eine lineare Durchflußkennlinie hätte, dann
ist ei sehr kleinen Hüben des beweglichen Ventilgliedes (d.h. nahe der Schließstellung)
die relative Änderung des durch flusses bei einer bestimmten Änderung des Hubes
sehr viel groBer als bei größerem Hub. Mit Hub ist der jeweilige Abstand des neweglichen
Ventilgliedes vom Ventilsitz hezeichnet.
-
Bei linearer Durchflußkennlinie ist demzufolge bei einer Festimmten
Hubänderung die relative Änderung der Durchflußmense bei kleinen Hüben des beweglichen
Ventilgliedes wesentlich größer als bei relativ großen Hüben, was gum Beispiel bei
ekerno statischen Heizkörperventilen zur Folge hat, daß in Fällen schwacher Wärmeleistung,
bei denen die Regelstrecke (Heizkarrer + Zimmer) ohnehin schon ehe sehr große Verstärkung
hat, dann obendrein auch noch die Verstärkung des Thermostatventiles sehr groß wird.
In solchen Fällen neigt der Regelkreis zu Schwingungen. Umgekehrt müßte bei großen
Wärmeleistungen, bei denen das bewegliche Ventilglied relativ weit vom Ventilsitz
ahgehoben
hat, eine hestimmte Änderung der r!mgebungs te-eratsr eine viel größere Änderung
des Hubs des beweglichen Ventilglledes hervorrufen, als dies bei kleinen Wärmeleistungen
(bei kleinen Hüben des beweglichen Ventilgliedes) notwendig ist.
-
Um progressive Kennlinien in Regelventilen zu erreichen, setzt man
üblicherweise entsprechend geformte Ventilkegel ein. Zu: Beispiel verwendet man
sogenannte Kronenkegel oder andere Beseiformen. Solche Maßnahmen sind jedoch nicht
mehr möglich, brenn der Maximalhub des beweglichen Ventilgliedes relativ klein ist,
wie es beispielsweise bei thermostatischen ISeizkörperventilen meist der Fall ist
oder hier zumindest angestrebt wird.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Ventil für Fluide zu
schaffen, das auf haulich einfache, betriebssichere Weise eine progressive Durchflußkennlinie
schafft, selbst dann, wenn sein maximaler Hub nur sehr klein ist.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß mindestens ein zusätzliches Rückstellfedermittel
für das bewegliche Ventilglied vorgesehen ist, das nur auf einem die Schließstellung
als ein Ende enthaltenden Abschnitt des maximalen Stellweges des Ventilgliedes zur
Wirkung kommt.
-
Die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich bei allen Ventilen anwenden,
die einen elastischen Antrieb haben. Falls der Antrieb starr ist, läßt sich der
Erfindungsgedanke bei derartigen xTertilen
ebenfalls anwenden,
indem man zwischen diesen starrer.
-
Antrieb und das bewegliche Ventilglied ein elastisches Zwlschenglied
zwischenschaltet.
-
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei Ventilen mit
geringem Naximalhub des beweglichen Ventilgliedes, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Auch ist die Erfindung besonders vorteilhaft bei thermostatischen Heizkörperventilen,
kann jedoch, wie erwähnt, auch zahlreiche andere Anwendungsgebiete hahen.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein thermostatisches Heizkörperventil im Schnitt
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2 eine Temperatur-Stellweg-Kennlinie
des Ventils nach Fig. 1.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Ventil,
das als Durchflußventil in Eckausfüh-rung ausgebildet ist, ein Ventilgehäuse 11
auf, das an seinem unteren Ende mit einer senkrecht verlaufenden Bohrung 12 für
den Zufluß und einer waagrecht und oberhalb der Bohrung 12 verlaufenden Bohrung
13 für den Abfluß versehen ist. Das obere senkrecht stehende Teil des Ventilgehäuses
11 ist als Zylinder 14 mit einer sich daran anschließenden Erweiterung 15 ausgebildet.
-
Das Ventilgehäuse 11 ist an der Zündung der Zuflußbohrung 12 in die
Abflußbohrung 13 mit einem Ventilsitz 16 versehen.
-
Mit dem Ventilsitz 16 arbeitet ein Ventilteller 17 zusammen, der in
seiner Schließstellung, d. h. seiner einen Endstellen mit seiner Stirnfläche 18
auf den Ventilsitz 16 gedrückt ist.
-
An der Rückfläche 19 des Ventiltellers 17 ist mittig ein Ventilstössel
21 befestigt. Der Ventilstössel 21 durchdringt eie Bohrung 22 innerQuerwand 20 und
eine Manschette 23, die an der der Abflußbohrung 13 abgewandten Seite der Querwand
2r, angeordnet ist. Im Bereich der Manschette 23 und der Bohrung 22 weist der Ventilstössel
21 eine Ringnut auf, in die ein 0-Ring 24 zur Abdichtung eingelegt ist. An seinem,
vom Ventil teller 17 abgewandten Ende weist der Ventilstössel 21 eine als Federteller
dienende Scheibe 26 auf. Konzentrisch zum Ventilstössel 21 ist eine Schraubenfeder
27 angeordnet, deren Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Scheibe 26
ist und die ständig an der Scheibe 26 und der Querwand 20 anliegt. Ebenfalls konzentrisch
zum Ventilstössel 21, jedoch zwischen dem Ventilstössel 21 und der Schraubenfeder
27 ist eine zusätzliche Schraubenfeder 28 angeordnet, die auf der von der Querwand
20 abgewandten Stirnfläche der Manschette 23 aufsitzt. Die zusätzliche Schraubenfeder
28 weist eine wesentlich geringere Höhe als die Schraubenfeder 27 auf. Während die
Schraubenfeder 27 ständig als Rückstellfeder wirksam ist, also bei dem gesamten
Hub des Ventilstössels 21 ständig sowohl an der Querwand 20 als auch an der Scheibe
26 anliegt, ist die zusatzliche Schraubenfeder 28 so kurz, daß sie nur auf einem
kurzen
Ahschnitt des maximalen Stellweges des Ventilstössels 21
zur Wirkung kommt, indem die Scheibe 26 des Ventilstössels 21 bei Abwartsbewegung
erst dann auf die zusätzliche Schrau-28 benfeder/auftrifft, wenn der Ventilteller
17 bereits nahe an den Ventilsitz 16 herangelangt ist. Folglich wird die zustznur
liche Schraubenfeder 28 von der Scheibe 26/wahrend eines relativ geringen Ventilhubes
zusammengedrückt und wirkt nur während dieses geringen Ventilhubes dem auf den Ventilstössel
21 ausgeübten Druck entgegen, d. h.zwischen einembest'irntenPinkt innerhalb des
Stellweges des Ventilstössels 21 und der SchlieR-stellung, in welcher der Ventilteller
17 an den Sitz 16 anoedrückt ist. Die zusätzliche Schraubenfeder 28 kann im allgemeinen
zweckmäßig wesentlich steifer als die Feder 27 sein, d. h., die Federkonstante der
zusätzlichen Schraubenfeder 28 kann im allgemeinen größer als die der Feder 27 getroffen
werden.
-
In der Erweiterung 15 des Ventilgehäuses 11 ist ein Temperaturfühlerkopf
30, beispielsweise mittels Bajonettverschluß oder Schraubgewinde befestigt. Der
Fühlerkopf 30 ist mit einer topfförmigen Haube 31, beispielsweise aus Metall, versehen,
an die sich nach innen ein rohrförmiger Federbalg 32 anschließt.
-
Der Federbalg 32 ist an seinem unteren Ende mit der Haube 31 hermetisch
dicht verbunden und an seinem anderen Ende durch eine Platte 33 ahgeschlossen, so
daß zwischen der Haube 31 -nd dem Federball 32 ein hermetisch abgeschlossener Raum
hesteht, der beispielsweise mit Ausdehnungsflüssigkeit, z. B. mit einer organischen
Flüssigkeit gefüllt ist. In den rohrförmigen Feder balg 32 ragt ein Zwischenglied
35, das als Uberlastsicherung ausgebildet sein kann und das mit seinen einen Ende
an der Platte 33 anliegt und mit seinem anderen Ende auf die Scheibe 26 des Ventilstössels
21 drückt.
-
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Ventils sei anhand der Fig. 2 noch
näher erläutert. Fig. 2 zeigt ein Temperatur(T)-Stellweg(S}-Diagramm des Ventils
der Fig. 1. Unterhalb einer bestimmten niedrigen
Umqebungstemperatur
T1 hat sich die im Fühlerkopf 30 enthaltene Flüssigkeit soweit zusammengezogen,
daß die Rückstellfeder 27 den Ventilstössel 21 in die dem maximalen Hub (S max)
des Ventiltellers 17 entsprechende Stellung überführt hat, in der der Bund 36 des
Ventilstössels 17 an der Querwand 20 anliegt. Steigt die Umgebungstemperatur T an,
so vergrößert sich das Volumen der (immer auch etwas kompressiblen) Flüssigkeit
im Fühlerkopf 30 und damit die über das Zwischenglied 35 auf den Ventilstössel 21
wirkende Kraft. Je größer die Temperatur wird, umso weiter wird der Ventilstössel
21 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 27 nach unten in Richtung auf den Ventilsitz
16 zu bewegt. Bei einer bestimmten Temperatur (T2) ist der Hub des Fühlerkopfes
30 so groß, daß die Scheibe 26 zur Anlage an die zusätzliche Feder 28 kommt Bei
weiterem Anstieg des Hubes halten dann beide Federn 27 und 28 zusammen dem jeweiligen
Flüssigkeitsdruck im Fühlerkopf das Gleichgewicht, so daß bei T2 die T-S-Kennlinie
(die nicht die DurchfluB-kennlinie des Ventiles ist) einen Knickpunkt hat und bei
weitere Temperaturanstieg erheblich flacher als im Bereich T1 - T2 verläuft Es sei
noch einmal darauf verwiesen, daß jede Flüssigkeit eine mehr oder weniger große
Kompressibilität besitzt. Auch das Gehause des Fühlerkopfes erweist sich bei Änderungen
des Innendruckes als elastisch nachgiebig, sowohl wegen seiner Haube 30, als insbsondere
wegen der bei unveränderter Länge des Faltenbalges vorliegenden axialen Elastizität
seiner Falten, wodurch das Innenvolumen sich in Abhängigkeit des Druckes bei konstanter
Faltenbalglänge etwas ändern kann. Natürlich kann die Füllflüssigkeit des Fühlerkopfes
30 auch durch ein Gas, ein Dampf-Flüssigkeits-System (Tensionssystem) oder dergleichen
ersetzt werden, wobei die Konstruktio: entsprechend etwas anders dimensioniert werden
muß. Oder der FüE-lerküpf kann nur als Ausdehnungskopf eines Fernfühlers dienen,
d. h. selbst kein Fühler sein oder durch eine zugeordnete gesteuerte oder geregelte
elektrische Beheizung als thermohydraulischer Antrieb ausgebildet sein.
-
Bei T3 ist der Ventilteller 17 in seine Schließstellung gelangt.
-
Die T-S-Kennlinie zeigt, daß bei kleinen Ventilhüben (im Hubbereich
SO - S1) eine viel größere Temperaturänderung für eine bestimmte Hubänderung erforderlich
ist, als bei Ventilhüben im Hubbereich S1 - Smax. Infolge der durch die Zus atz
feder 28 erreichten
T-S-Kennlinie hat dieses Ventil eine progressive
Durchflußkennlinie, die zwar eine Knickstelle hat, jedoch durch geeignete Wahl der
Federkonstanten der Federn 27 und 28 stets so getroffen sein kann, daß sie einer
idealen stetigen progressiven Durchflußkennlinie relativ gut angenähert ist.
-
Wenn eine bessere Annäherung der Durchflußkennlinie eines erfindungsgemäßen
Ventiles an eine theoretische stetige progressive Durchflußkennlinie erwünscht ist,
können zwei oder mehr zusätzliche Rückstellfedern vorgesehen sein, die unterschiedlich
lang sind, wobei ihre Längen so getroffen sind, daß die Scheibe 26 bei der Abwärtsbewegung
in einem vorbestimmten Abstand von der maximalen Offenstellung zunächst auf eine
dieser Federn auftrifft und dann nach einem weiteren vorbestimmten Stellwegbereich
auf die zweite dieser zusätzlichen Federn auftrifft usw. Durch geeignete Wahl dieser
Abstande und der Federkonstanten der betreffenden Feder lassen sich irgendwelche
gewünschten progressiven Durchflußkennlinien ohne Schwierigkeiten erzielen. Auch
kann man bei der Serienfertigung solcher Ventile den Ventilen unterschiedliche Durchflußkennlinien
geben, indem man sie mit unterschiedlichen Federn ausrüstet. Auch nachträglich läßt
sich ein solches Ventil durch Austausch der Federn gegen andere Federn auf eine
andere progressive Durchflußkennlinie umrüsten.
-
Es versteht sich, daß die Erfindung zahlreiche Abwandlungen zuläßt.
So kann dem Ventil anstelle des eingehauten Fühlers ein Fernfühler zum Fühlen von
Drücken oder Temperaturen zugeordnet sein. Des weiteren kann der Fühlerkopf auch
so ausgebildet
sein, daß er ein inkompressibles Medium enthalt,
dessen Druck über ein elastisches Zwischenglied, zum Beispiel eine Feder, an den
Ventilstössel weitergegeben wird. Oder anstelle eines Fühlerkqpfes mit inkompressiblem
Medium (Druckmedium, Ausdehnungsmedium) kann ein sonstiger starrer Antrieb vorgesehen
sein, beispielsweise auch ein Handrad, wobei zwischen diesen starren Antrieb und
den Ventilstössel ehenfalls ein elastisches Glied, z. B. eine Feder zwischengeschaltet
ist.