DE2518784A1 - Fluidstroemungssteuerventil - Google Patents

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Drayton Controls Limited, Horton Road, West Drayton, Middlesex, UB7 8JW / England

betreffend:
" FluidströmungsSteuerventil "

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluidströmungssteuerventil mit einem Ventilglied, das zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, in deren jeder Fluid einem zugeordneten Ventilauslaß zugemessen wird und mit einem Steuergerät für die Ventilgliedbewegung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein solches Ventil zur Verwendung in einem Haushaltswarmwassersystem, wo das Ventil die Strömung von heissem Wasser zu einem Warmwasserzylinderleitungskreis und einem Wärmetauscherleitungskreis steuert.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuergerät zwei Wandler umfasst, von denen jeder einen Einschalt-oder einen Ausschaltzustand annehmen kann sowie ein Eingriffsglied aufweist, das im Einschaltzustand des betreffenden Wandlers in Wirkverbindung mit dem Ventilglied tritt und dieses in Abhänggigkeit von einem Betriebsparameter in einer ersten Richtung in seine erste Position bewegt, während der andere Wandler für die Bewegung des Ventilgliedes in entgegengesetzter Richtung

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in seine zweite Position ausgebildet ist, und daß das Steuergerät derart ausgebildet ist, daß - wenn beide Wandler gleichzeitig in einem ihrer Zustände sind - das Ventilglied eine dritte, zwischern der ersten und der zweiten liegende Position annimmt, in der Fluid beiden Ventilauslässen zugemessen wird.

Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sie sowohl einfach im Aufbau wie auch kostengünstig in der Herstellung ist. Im Prinzip sind nur zwei Wandler erforderüch, um die verschiedenen Betriebspositionen des Ventils zu bewirken, und es istnicht erforderlich, daß komplizierte elektrische Relais' und Grenzlagenschalter verwendet werden.

Es wäre möglich, die dritte Position einzustellen, wenn die Wandler beide in ihrem Ausschaltzustand sind, doch würde sich dann nur eine einzige dritte Position ergeben, und man würde beispielsweise ein Relais oder ein anderes Steuerglied benötigen, um jeden Wandler in seinen Ausschaltzustand zu bringen, wenn beide im Einschaltzustand sein sollten, abhängig von ihrem jeweiligen Betriebsparameter. Es ist deshalb bevorzugt, das Steuergerät so auszubilden, daß das Ventilglied eine dritte Position einnimmt, sowohl dann, wenn beide gleichzeitig im Ausschaltzustand sind, wie auch dann, wenn beide gleichzeitig im Einschaltzustand sind. Auf diese Weise kann das Steuergerät eine einzige dritte Position einnehmen, wenn beide Wandler im Ausschaltzustand sind und, falls erforderlich, kann das Ventilglied eine beliebige Anzahl von dritten Positionen einnehmen, wenn beide Wandler im Einschaltzuätand sind.

Es ist vorteilhaft, wenn das Ventil so ausgebildet ist, daß das Ventilglied irgendeine Anzahl von dritten Positionen einnehmen kann, daß die Ventilauslässe so aufgebaut und angordnet sindf daß in jeder dritten Position das Verhäktnis der Fluid Volumina pro Zeiteinheit, welche die beiden Auslässe durchsetzen, proportional ist zum Verhältnis der Vierte der jeweiligen Betriebsparameter.

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Es ist ferner vorteilhaft, Vorspannelemente für jeden Wandler vorzusehen, welche jeweils so angeordnet sind, daß sie der Bewegung des entsprechenden Eingriffselementes entgegenwirken, wenn der Wandler im Einsehaltzustand ist und so wirken, daß das Ventilglied, wenn die Wandler im Ausschaltzustand sind, eine dritte Position zwischen der ersten und der zweiten Position annimmt.

Es ist ferner zweckmässig, wenn die Eingriffsglieder so angeordnet sind, daß sie mit einem gemeinsamen Betätigungsglied in Wirkverbindung treten, das seinerseits in Wirkverbindung steht mit dem Ventilglied derart, daß die Eingriffsglieder Kräfte auf das Betätigungsglied in entgegengesetzten Richtungen übertragen. Bei einem solchen Aufbau kann das Stuergerät kompakt konstruiert sein.

Die Wandler können sehr unterschiedlich angeordnet sein, solange dafür gesorgt ist, daß ihre Eingriffsglieder das Betätigungsglied in entgegengesetzten Richtungen bewegen.Beispielsweise können die Eingriffglieder auf entgegengesetzten Seiten des Betätigungsgliedes angeordnet sein, derart, daß sie sich längs paraller Achsen bewegen. Eine besonders kompakte Gestaltung lässt sich jedoch dadurch erreichen, daß die Eingriffsglieda: nebeneinv ander mit zueinander parallelen Wirkachsen angeordnet werden, wobei die Eingriffsglieder das Betätigungsglied in entgegengesetzten Richtungen um eine Achse verdrehen, die zwischen den Wirkechsen liegt und sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt, welche die beiden vorerwähnten Wirkachsen enthält.

Es ist vorteilhaft,eine Sicherheitseinrichtung für jeden Wandler vorzusehen, die eine Bewegung des Eingriffgliedes relativ zum Wandler selbst dann ermöglicht, wenn das Ventilglied in einer bestimmten Position feststeht. Wenn man eine solche Sicherungseinrichtung nicht vorsieht, besteht das Risiko',' daß die Wandler beschädigt werden. Dies trifft insbesondere zu, wenn beide Eingriffsglieder im Einschaltzustand sind und die Tendenz haben, das Venti!glied gleichzeitig jedoch in entgegengesetzten Richtungen zu verschieben.

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Jede Sicherungseinrichtung kann ein Vorspannelement umfassen, das dazu dient, den zugeordneten Wandler in einer festen Position gegen Reaktionskräfte zu halten, die auf das jeweilige Eingriffsglied einwirken, bis.diese Kräfte einen telerierbaren Maximalwert übersteigen. Von dann an wird die Kraft, die von dem Vorspannelement ausgeübt wird, überwunden, und eine Bewegung des Wandlers in eine Richtung ermöglicht entgegengesetzt zu der normalen Bewegungsrichtung des Eingriffsgliedes. Auf diese Weise ergibt sich ein Effekt des toten Ganges, d.h. eine Bewegung des Eingriffgliedes, die nicht die Funktion hat, das Ventil zu betätigen.

Obwohl die Wandler zahlreiche, unterschiedliche Formen annehmen können, beispielsweise solenoide oder flüssigkeitsgefüllte oder dampfgefüllte thermostatische Systeme sein können, ist es vorteilhaft, wachsgefüllte Kapseln konventionellen Aufbaus zu verwenden, von denen jede mit einem thermostatgesteuerten Heizer versehen ist. Solche Kapseln sind relativ billig und im Gebrauch befriedigend. Da darüberhinaus diese Kapseln leicht erhältlch sind, besteht keine Notwendigkeit, einen speziellen Wandler für die Verwendung in dem Steuergerät zu konstruieren.

Ein TEilaspekt der Erfindung liegt demgemäß in dem Steuergerät selbst für die Verwendung in Verbindung mit dem Ventil gemäß der Erfindung, wobei beide die oben definierten Merkmale aufweisen.

Das Fluidströmungsventil und das Steuergerät gemäß der Erfindung werden insbesondre angewandt in Haushaltswarmwassersystemen. Einer der Ventilauslässe ist in einen Leitungskreis gelegt, der den Warmwasserzylinder enthält, und der andere Auslaß ist in einen Leitungskreis gelegt, der einen oder mehrere Wärmetauscher enthält, wie Radiatoren oder Heizkörper. In konventionellen Systemen dieser Art wird das Wasser von dem Ventil in irgendeinem Zeitpunkt nur einem der beiden Leitungskreise zugemessen. Bei Verwendung des Steuergerätes gemäß der Erfindung andrerseits ist es möglich, zusätzlich Speisewasser beiden Leitungskreisen gleichzeitig zuzuführen. Die Position des Ventils hängt ab von der erfassten Temperatur, wobei die Erfassung beispielsweise durch Thermostate erfolgt, in jedem Leitungskreis zu irgendeinem Zeitpunkt, und die

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erfasste Temperatur wird verwendet, um ein Signal für die Betätigung der Wandler zu gewinnen.

Ein Fluxdströmungsventil für Wasser in einem Heizungssystem und einem Kontrollgerät für die Steuerung des Ventils, die beide gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Steuergerätes in Verbindung mit dem Ventil,

Figur 2 ist ein Querschnitt in Seitenansicht des Steuergerätes nach Fig. 1,

Figur 3 ist eine Seitenansicht des Steuergerätes nach Fig. 1 unter einem rechten Winkel der Darstellung nach Fig. 2 gesehen, und

Figur 4 ist eine diagrammartige Querschnittsdarstellung des Steuergerätes nach Fig. 1.

Ausweislich der Zeichnungen umfasst das Steuergeät zwei elektromechanische Wandler 1 bzw. 2, die in noch im Einzelnen zu erläuternder Wjtfeise auf einem Montagewinkel 3 angeordnet sind.

Die Wandler 1,2 umfassen eine wachsgefüllte Kapsel 4 bzw. 5 sowie eine Betriebssonde 6 bzw. 7. (s. Fig. 2). Jede Sonde ist aus der Kapsel heraus bzw. in diese hinein bewegbar durch Expansion bzw. Kontraktion des Wachses, was zu einer zwangsläufigen Verschiebung einer Membran oder eines Dichtungselementes (nicht dargestellt) führt, das in Wirkverbindung mit der Sonde steht. Die Kapseln 4 bzw. 5 sind von elektrischen Heizern 8 bzw. 9 umgeben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Kapseln 4,5 auf dem Montagewinkel 3 derart angeordnet, daß jede von ihnen als Ganzes weg von dem Montagewinkel bewegbar ist.Zu diesem Zweck sind starr mit dem Sondenende der Kapsel 4 bzw. 5 verbundene, mit Aussengewinde versehene Schäfte Io bzw. 11 vorgesehen, in denen die Sonden 6 bzw.

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gleitbeweglich sind. Die Schäfte sind durch Löcher in dem Montagewinkel geführt und sind in den mit Innengewinde versehen Bohrungen 12 bzw. 13 von Verankerungselementen 14 bzw. 15 befestigt. Die letzteren weisen Ringschultern 16 bzw. 17 auf und zwischen den Schultern 16 bzw. 17 und dem Montagewinkel 3 sind Gegenfedern 18 bzw. 19 angeordnet, die die Kapseln 4 bzw. 5 gegen den Montagewinkel gedrückt halten.

Die Sonden 6,7 stehen im Betrieb in Wirkverbindung mit einer Platte 2o, die von einer Stange 21 getragen ist. Die Sonden 6,7 sind so angeordnet, daß sie auf die gleiche Seite der Platte einwirken, jedoch auf einander abgewandten Seiten bezüglich der STange 21. Ein Stützwinkel 22 ist gegenüber dem Montagewinkel 3 angeordnet und trägt zwei Fe dern 23,24 auf ESLterungen 25 bzw. 26, und diese Federn sind so angeordnet, daß sie der Bewegung der Platte 2o durch die Sonde 6 bzw. 7 entgegenwirken.

Ein Ende der Stange 21 ist in einem Loch 27 drehbar gelagert, das in dem Schenkel 28 einer T-Platte 29 ausgebildet ist, wobei der Querschenkeltexl 3o der Platte an dem Montagewinkel 3 befestigt ist. Das andere Ende der Stange 21 ist mit einen Querstift 31 versehen, der für die Verbindung in einer öffnung 32 einer Antriebskupplung 33 ausgebildet ist.

Der Montagewinkel 3 und der Stützwinkel 22 sind auf einer Grundplatte 34 befestigt mit einer Öffnung 35 zur Aufnahme der Kupplung 33 gemäß Figuren 3 und 4. Die Unterseite der Kupplung besitzt einen rechteckigen Schlitz ( erkennbar) zur Aufnahme eines Endes 36 einer Ventilspindel 37. Ein Arm 38 zur Anzeige der Ventilposition (nachstehend beschrieben) ist über das Ende 36 der Spindel 37 gesteckt bevor diese in den Schlitz an der Unterseite der Kupplung eingeführt wird. Die Spindel 37 ist drehbeweglich in Lagern 39 eines Ventilgehäuses 4o. Ein Ventilglied 41 ist auf der Spindel 37 mittels eines Stiftes 42 befestigt, von dem ein Ende an dem Glied 41 befestigt ist, und dessen anderes Glied hin und her beweglich in einem (nicht dargestellten) Loch der Spindel sitzt. Das Ventilglied 41 ist von der Spindel weg unter Vorspannung gesetzt durch eine Feder 43, die um den Stift 42 gelegt ist, damit das Ventilglied in dem Ventilgehäuse richtig sitzt. Das Ventilglied besitzt eine zylindrische Oberfläche 44, die bei Drehung der Spindel an der

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Innenfläche der Ventilkammer 45 entlang gleitet und zwei Auslaßöffnungen 47 bzw. 46 öffnet bzw. schliesst.

Das Steuergerät und das oben beschriebene Dreiwegeventil ist speziell vorgesehen für Warmwassersysteme im Haushalt. In diesem Falle ist einer der Auslässe, zum Beispiel 46, in einen Leitungszug geschaltet, der den Warmwasserzylinder umfasst und der andere Auslaß ist in eine Leitung geschaltet, die Wärmetauscher wie Radiatoren enthält. Im Betrieb wird Heißwasser von dem Kessel (nicht dargestellt) in den Ventileinlaß 48 eingespeist und fließt dann,abhängig von der Position des Ventilgliedes 41, zum einen oder anderen oder beiden der Auslässe 46, 47.

Fig. 4 zeigt das Betriebsprinzip des Stuergerätes und des Ventils. Es ist angenommen, daß die Kapsel 4 von dem Raumthermostat und die Kapsel 5 von dem Zylinderthermostat gesteuert wird. Wenn nur dar Raumthermostat eine Temperaturerhöhung verlangt, wird die Temperatur des Heizers 8 erhöht. Dies führt zu einer Expansion des Wachses in der Kapsel 4 und zu einer Auswärtsbewegung der Sonde 6. Die Sonde trifft auf die Platte 2o und verdreht diese, und durch die Kupplung 33 und die Spindel 37 wird auch das Ventilglied 41 verdreht bis das Ventilglied vollständig den Auslaß verschLiesst, der mit dem Zylinderkreislauf in Verbindung steht und den Auslaß zu den Radiator-oder Hexzkörperkreislauf vollständig öffnet. Wenn andererseits der Zylinderthermostat allein Wärme verlangt, wird das Ventilglied 41 verschoben bis es vollständig den Auslaß zum Heizkorperkreislauf schliesst und vollständig den Auslaß zum Zylinderkreislauf öffnet.

Wenn beide Thermostate, d.h. der Raum- wie auch der Zylinderthermostat, eine Steigerung der Wärme verlangen, greifen beide Sonden an der Hatte 2ο an. Die Sonde 7 versucht die Platte im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 4 zu verdrehen, während die Probe 6 die Tendenz hat, die Platte im Gegenuhrzeigersinn zu verdrehen. Das Ventilglied 41 nimmt dann eine Position gemäß Fig. 4 an, in der Wasser von dem Kessel zu beiden Auslässen strömen kann.

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Falls während des Betriebes die Kraft auf die Platte 2o, herrührend von der Sonde 6 oder 7, grosser wird als die auf die Platte einwirkende Kraft von der jeweils anderen Sonde 7 bzw. 6, hat die letztere die Tendenz, rückwärts gegen den Druck des Wachses in der Kapsel verschoben zu werden. Wenn nicht irgendwelche SicherheitsVorkehrungen getroffen würden, könnten deshalb Beschädigungen an den Sonden und/oder Kapseln eintreten. Dies wird vermieden, weil wie oben erwähnt, die Kapseln 4 und 5 in dem Montagewinkel 3 derart angeordnet sind, daß sie als Ganzes von dem Montagewinkel weg verschieblich sind. Einer solchen Bewegung der Kapsel wirken die Gegenfedern entgegen, die so bemessen sind, daß dann, wenn die Kraft auf eine bestimmte Sonde ihr Maximun erreicht, dann noch toleriarbar ist, so wird die Vorspannung der entsprechenden Gegenfeder überwunden und die Kapsel und die Sonde werden als Ganzes von dem Montagewinkel weg versetzt.

Wenn beide Thermostate eine Wärmesteigerung verlangen, wäre es möglich, als Alternative zu der beschriebenen Betriebsweise, eine RElaisanordnung zu verwenden, die veranlasst, daß der Versoagingsstrom zu den Heizern unterbrochen wird, so daß die Platte 2o in ihrer Position gemäß Fig. 4 verbleibt.

( Patentansprüche )

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Fluidstromungssteuerventil mit einem Ventilglied, das zwischen einer ersten und einer zweiten Position bweglich ist, in deren jeder Fluid einem zugeordnetem Ventilauslaß zugemessen wird, und mit einem Steuergerät für die Ventilgliedbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät zwei Wandler (4-6-8, 5-7-9) umfasst, von denen jeder einen Einschalt-oder einen Ausschaltzustand annehmen kann sowie ein Eingriffsglied ( 6,7) aufweist, das im Einschaltzustand des betreffenden Wandlers in Wirkverbindung mit dem Ventilglied (41) tritt und dieses in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter in einer ersten Richtung in seine erste Position bewegt, während der andere Wandler für die Bewegung des Ventilglieds in entgegengesetzter Richtung in seine zweite Position ausgebildet ist, und daß das Steuergerät derart ausgebildet ist, daß - wenn beide Wandler gleichzeitig in einem ihrer Zustände sind - das Ventilglied eine dritte, zwischen der ersten und der zweiten liegende Position annimmt, in der Fluid beiden Ventilauslassen (46,47) zugemessen wird.
2. 2. Fluidstromungssteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (41) eine dritte Position annimmt sowohl dann, wenn beide Wandler (4-6-8, 5-7-9) im Einschaltzustand sind, wie auch dann, wenn beide im Ausschaltzustand sind.
3. 3. Fluidstromungssteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät so ausgebildet

   . ist, daß das Ventilglied (41) eine Anzahl von dritten Positionen einnehmen kann und die Ventilauslässe (46,47) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß in jeder dritten Position des Ventilglieds das Verhältnis der

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   Fluiddurchsätze beider Auslässe proportional dem Verhältnis der WErte der Betriebsparameter der beiden Wandler ist.
4. 4. Fluidstromungssteuerventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wandler ein Vorspannelement ( 23,24) vorgesehen ist, das der Bewegung des jeweiligen Eingriffsgliedes (6,7) Im Einschaltzustand des jeweiligen Wandlers entgegenwirkt und bei ausgeschalteten Wandlern das Ventilglied (41) in eine dritte Position führt.
5. 5. Fluidstromungssteuerventil nach einem der Ansprüche

   1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsglieder (6,7) in Wirkverbindung mit einem gemeinsamen Betätigungsglied (2o) für das Ventiglied ( 41) stehen und auf dieses entgegengesetzt wirkende Kräfte übertragen.
6. 6. Fluidstromungssteuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsglieder (6,7) nebeneinander angeordnet sind mit zueinander parallelen Wirkachsen für die Verdrehung des Betätigungsgliedes (2o) um eine Drehachse, die sich zwischen den beiden Wirkachsen senkrecht zu der von diesen aufgespannten Ebene erstreckt.
7. 7. Fluidstromungssteuerventil nach einem der Ansprüche 1-6, durch eine Sicherungsanordnung (14-16-18, 15-17-19) für jeden Wandler gekennzeichnet, die eine Bewegung des Eingriff selements (6,7) relativ zu dem Wandler selbst bei in einer Position festliegendem Ventilglied.(41) ermöglicht.
8. 8. Fluidstromungssteuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sicherungseinrichtung ein Vorspannelement (16,37) umfasst, das den zugeordneten Wandler in einer festen Lage gegen Reaktionskräfte hält, die auf das jeweilige Eingriffselement wirken _a bis diese Kräfte einen tolerierbaren Maximalwert übersteigen, von dem an das Vorspannelement nachgibt und eine Bewegung des Wandlers entgegengesetzt der Normalbewegung des Eingriffsgliedes ermöglicht. 509847/0358

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9. 9. Fluidströmungssteuervetil nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gkennzeichnet, daß jeder Wandler eine Kapsel (4,5) umfasst, die mit einem expandierbaren Medium gefüllt ist, sowie einen von einem Thermostat gesteuerten Heizer (8,9).
10. 10. Verwendung des Ventils nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche in einem Fluxdstromungssystem, bei dem einer der Ventilauslässe (46,47) in einem einen Warmwasserzylinder umfassenden Leitungskreis und der andere in einem, einen oder mehrere Wärmetauscher umfassenden Leitungskreis angeordnet sind.

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