DE294720C

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Publication number: DE294720C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei Heizanlagen mit durch ein Rohrnetz kreisender, heißer Flüssigkeit, Dampf oder Gas ist eine selbsttätige Regelung der Zufuhr des erwähnten Heizmittels zu den Heizkörpern je nach dem Bedarf, d. h. je nach der Temperatur des umgebenden Zimmers, immer erwünscht. Bisher ist aber eine derartige selbsttätige Regelung mit Schwierigkeit verbunden gewesen, weil die üblichen, für die Temperaturschwankungen empfindlichen Vorrichtungen (sog.Thermostate verschiedener Art, die auf der Ausdehnung von Gasen, Flüssigkeiten oder festen Körpern durch die Wärme beruhen) im allgemeinen zur Betätigung der gewöhnlich sehr schweren Regelungsventile für das Heizmittel eine genügend kräftige mechanische Wirkung nicht leisten können. Es ist deshalb zur Regelung solcher Ventile die Verwendung von äußeren Kraftquellen nötig gewesen, deren Wirksamkeit durch die Thermostate nur ausgelöst wird, eine Maßnahme, die aber die Anlage weniger einfach macht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Verwendung des Heizmittels selbst als eine thermostatisch geregelte Kraftquelle zur Betätigung der Regelungsvorrichtungen zu ermöglichen. Es geschieht dies im allgemeinen in der Weise, daß eine oder mehrere in dem Rohrnetz des Heizmittels angeordnete Vorrichtungen zur Erzeugung von Druckwellen in dem Heizmittel mit an den einzelnen Heizelementen (Radiatoren) angeordneten Regelungsventilen ver-. bunden sind, die von den Druckwellen unter besonderen, durch Thermostate bestimmten Bedingungen betätigt werden können. Unter »Druckwellen« werden hier alle vorübergehenden Druckveränderungen verstanden, sei es, daß sie positive, negative, langsame oder schnelle (stoßähnliche) sind.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer gemäß der Erfindung ausgeführten Heizanlage, Fig. la eine Einzelheit in Schnitt und größerem Maßstabe, Fig. 2 ein Schnitt einer Vorrichtung zur Erzeugung von Druckwellen in dem Rohrnetz, und Fig. 3 ein ähnlicher Schnitt eines durch solche Druckwellen betätigten, thermostatisch geregelten Ventils; Fig. 4 stellt eine derartige Verbindung der Vorrichtungen nach den Fig. 2 und 3 dar, daß die Druckwellen eben in demjenigen Teil des Rohrnetzes erzeugt werden, wo sie zu der Ventilbetätigung ausgenutzt werden, und Fig. 5 endlich veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung der letzterwähnten Art.

An einer oder mehreren Stellen des Heiz-.

rohrnetzes (Fig. ι), zweckmäßig nahe der Heizquelle 17, ist eine Vorrichtung 18 zur Erzeugung von Druckwellen in dem Netz (beispielsweise durch eine zeitweise Drosselung des Stromes des Heizmittels) eingeschaltet. In Fig. ia ist der wirksame Teil dieser Vorrichtung durch eine Klappe 19 veranschaulicht, .die durch einen Motor, ein Uhrwerk oder in anderer Weise benutzt werden kann. Es ist aber einleuchtend, daß diese Vorrichtung sehr verschiedenartig ausgeführt werden kann. Fig. 2 stellt eine selbsttätig wirkende Vorrichtung für denselben Zweck dar. An ein Ventilgehäuse 1 ist ein aus zwei Teilen 3 und 4 mit zwischenliegender Membran 5 bestehendes Membrangehäuse geschraubt. Diese Membran wird durch eine Feder 6 abwärts gegen das Ventil und in entgegengesetzter Richtung durch eine Feder 7 gedrückt, die aus einem dicken Draht gebildet wird. Der Raum unterhalb der Membran ist mit dem Ventilgehäuse verbunden. Die Feder 7 ist nicht unmittelbar an der Membran befestigt, sondern durch Löcher in an der Membran angeordneten Bügeln 10 und ein längliches Loch in der Spindel des Ventils 2 gesteckt. Die Membran kann natürlich durch eine andere bewegliche Wand, beispielsweise einen Kolben, ersetzt werden.

In der dargestellten Ausführungsform ist ein Behälter 13 vorgesehen, dessen Boden durch die Decke des Membrangehäuses gebildet wird, während die Außenwand aus einem auf der Decke angebrachten zylindrischen Flansch 12 besteht. Der Behälter ist durch einen Deckel 14 geschlossen, und in seinem Boden befinden sich zwei Öffnungen, die je ein Ventil 15, 16 besitzen, von welchen das eine (15) ein Regelungsventil mit Schraube ist, während das andere (16) eine selbsttätig, aber nur in Richtung gegen das eigentliche Ventilgehäuse öffnende Scheibe besitzt.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Wenn das Hauptventil 2 anfangs offen steht und ein Heizmittel, z. B.

Dampf oder Wasser, unter Druck in der Pfeilrichtung zugelassen wird, so wird dieser Druck auch nach der Unterseite der Membran fortgepflanzt. Die Membran wird hierdurch zusammen mit der Feder 7 allmählich gehoben, und wenn die Feder ihre Mittellage überschritten hat, schlägt sie plötzlich nach der anderen Seite hin, wobei die Ventilspindel mitgenommen wird, die bisher infolge des Spielraumes des Loches 11 in Ruhe geblieben ist. Das Ventil wird hierbei schnell geschlossen (die in der Figur dargestellte Lage), und eine Druckabnähme in der Rohrleitung rechts des Ventils beginnt. Die Membran sinkt hierbei wieder, und nach einiger Zeit schlägt die Feder 7 nach der anderen Seite wieder um, wobei das Ventil wieder geöffnet wird.

In dieser Weise entstehen in dem Rohrnetz periodische Druckschwankungen, deren Häufigkeit durch das Ventil 15 offenbar geregelt werden kann, das die Geschwindigkeit, mit welcher die Membran sich heben kann, bestimmt. Um diese Regelung zu erleichtern, kann der Raum oberhalb der Membran sowie der Behälter 13 mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, die kräftiger als Luft oder ein anderes Gas mittels der engen Ventilöffnung gebremst werden kann. Das Senken der Membran dagegen wird in der dargestellten Ausführungsform hauptsächlich von dem Ventil 16 bestimmt, dessen Durchlaßöffnung hier beträchtlieh größer als die des Ventils 15 angenommen wird, so daß das Senken bedeutend schneller als das Heben erfolgt. In dieser Weise können charakteristische Druckwellen in dem Rohrnetz erzeugt werden, deren Beschaffenheit außerdem durch entsprechende Regelungsvorrichtungen für.die Bewegung der Membran, praktisch genommen, beliebig verändert werden kann.

Das in Fig. 3 dargestellte Regelungsventil besteht ebenfalls aus einem Ventilgehäuse 21 mit Ventil 22 und einem mit diesem Gehäuse verbundenen Membrangehäuse 23 mit Membran 24. Diese Membran ist aber mit einem gezahnten Körper 20 verbunden, mit dessen Zähnen ein Doppeigesperre 25 derart zusammen- go wirkt, daß das Gesperre in der einen Grenzlage (die in der Zeichnung veranschaulichte) nur das Heben (nicht aber das Senken) und in der anderen nur das Senken der Membran gestattet. Das Gesperre 25 wird durch einen biegsamen Kniehebel 26 betätigt, der es immer in einer der beiden Grenzlagen hält und mit einer Membran 27 verbunden ist. Diese Membran begrenzt eine Kammer 30, die mit einem mit Flüssigkeit oder Gas gefüllten Spiralrohr 28 verbunden ist und von einer Wand 29 begrenzt wird.

Wenn dieses einen Thermostaten bildende Rohr 28 über eine gewisse Temperatur erwärmt wird,, wird durch die Ausdehnung der darin eingeschlossenen Flüssigkeit oder des Gases die Membran 27 hinuntergedrückt, und nach dem Hinunterdrücken bis zu einem gewissen Punkt wird das Gesperre 25 mittels des Kniehebels aus der dargestellten Lage in die entgegengesetzte übergeführt. Bei der nächsten Druckverminderung in dem Rohrnetz, die in der oben beschriebenen Weise erzeugt wird, kann die Membran 24 hinunterbewegt werden, da der Raum des Membrangehäuses durch die Abwärtsbewegung der Membran 27 unter Druck gebracht ist; das Ventil 22 wird also geschlossen oder gedrosselt. Bei einer folgenden Druckerhöhung kann aber das Ventil wegen der Form der Zähne auf derjenigen Seite des Zahnkörpers, wo ein Eingriff jetzt stattfindet, nicht geöffnet werden. Erst wenn

die Temperatur des Zimmers so weit gesunken ist, daß der Kniehebel unter der Wirkung des Thermostaten in seine in der Zeichnung veranschaulichte Lage zurückkehren kann, kann das Ventil wieder geöffnet werden. Es bleibt hierbei offen, solange das Gesperre und der Kniehebel ihre Lage behalten. Die Umstellung des Ventils erfolgt also durch die aus den Druckschwankungen in dem Rohrnetz gebildete

ίο Kraftquelle, aber unter einer genauen Regelung durch den empfindlichen Thermostaten, welcher hierbei keine erhebliche Kraft zu entwickeln braucht, besonders da die Umstellung des Gesperr es 25, noch während die Membran vollständig unbelastet ist, erfolgen kann.

Statt der Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung der Druckwellen (z. B.. der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art) an einem oder mehreren verhältnismäßig zentralen Teilen des Rohrnetzes und durch die Druckwellen betätigter Regelungsventile (z. B. der in Fig. 3 dargestellten Art) an jedem Heizkörper, wo eine selbsttätige Regelung erforderlich ist, können die Vorrichtungen derart verbunden werden, daß die Druckwellen eben an der Stelle, wo sie für die Regelung ausgenutzt werden sollen (z. B. an einem oder mehreren Heizelementen) erzeugt werden, wobei die beiden Vorrichtungen für- die Erzeugung der Druckwellen und für die Regelung des Stromes des Heizmittels zweckmäßig zu einem einzigen Apparate zusammengebaut werden. Ein solcher Apparat wird in Fig. 4 beispielsweise veranschaulicht, die im übrigen mit der Vorrichtung in Fig. 2 übereinstimmt. Der Unterschied zwischen den beiden Vorrichtungen nach Fig. 2 und Fig. 4 liegt hauptsächlich nur darin, daß das nach Fig. 2 mit der Hand geregelte Ventil 15 nach Fig. 4 mit einem Hebel 31 verbunden ist, der von einem aus einer Blase 32 mit angeschlossenem langen Rohr 33 bestehenden Thermostaten betätigt wird. Außerdem müssen das Ventil in der Hauptleitung (entsprechend dem Ventil 2 in Fig. 2) und das Klappenventil in der Decke des Membrangehäuses (entsprechend dem Ventil 16 in Fig. 2) derart zueinander angeordnet sein, daß das letzterwähnte Ventil bei einer solchen Bewegung der Membran geöffnet wird, die dem Schließen des ersterwähnten Ventils entspricht (also umgekehrt wie in Fig. 2).

Diese Vorrichtung wirkt in folgender Weise. Es sei angenommen, daß das Haupt ventil hier, wie in Fig. 2, beim Heben der Membran schließt, während das Klappenventil (16 entsprechend) dabei öffnet. Die folgenden Vorgänge spielen sich dann wiederholt ab. Durch Zuströmen von Heizmittel wird die Membran gehoben. Diese Bewegung erfolgt ziemlich schnell, da das Ventil (16 entsprechend) offen steht. Das Hauptventil wird dann geschlossen und die Zufuhr von Heizmitteln unterhalb der Membran unterbrochen. Die Membran fängt an, sich zu senken. Diese Bewegung wird aber durch das Drosselventil 15 gehemmt, so daß das Öffnen des Hauptventils ziemlich lange verzögert wird. (Das eigentliche öffnen erfolgt wie in Fig. 2 augenblicklich infolge des Spiels der Feder 7.) Infolge der Betätigung des Ventils 15 durch den Thermostaten 33 wird die Abdrosselung desto stärker und die Zeitzwischenräume zwischen den Öffnungsbewegungen des Hauptventils also desto länger, je höher die Temperatur im umgebenden Raum ist. Hierdurch wird die mittlere Wärmezufuhr in der Zeiteinheit dabei auch kleiner. Bei einer gewissen Temperatur wird das Ventil 15 ganz geschlossen, so daß das Hauptventil in der Schließlage zum Stillstand gebracht und die Wärmezufuhr also bis auf weiteres abgestellt wird.

Fig. 5 stellt ebenfalls eine Vorrichtung dar, bei der die Druckschwankungen im Netz an derselben Stelle erzeugt werden, wo die Regelung erfolgt, beispielsweise an einem Heizelement; bei dieser Vorrichtung erfolgt aber die Regelung des durchgelassenen Heizmittels in anderer, genauerer Weise als in den vorher beschriebenen Ausführungen. Die mit der Membran 5 verbundene Ventilspindel 40 trägt nämlich hier zwei Ventilscheiben 41, 42, die in entgegengesetzten Richtungen gegen ihren Sitz 43 bzw. 44 schließen. Zwischen den beiden Scheiben mündet ein Kanal 45 von der unterhalb der Membran vorhandenen Kammer. Die Kammer oberhalb der Membran ist in derselben Weise wie in Fig. 4 angeordnet, d. h. sie steht durch ein thermostatisch betätigtes Drosselventil 15 und ein sich nach oben öffnendes Klappenventil 16 mit einem offenen Flüssigkeitsbehälter 13 in Verbindung.

Das Ventil 41,42 schwankt hier ganz wie die schon beschriebenen zwischen seinen Endlagen unter dem Einfluß der Membran, welche bei der dargestellten Anordnung der Ventile 15 und 16 sich verhältnismäßig langsam abwärts, dagegen schnell aufwärts bewegt. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Bauaiten schließt das Hauptventil hier aber in seinen beiden Endlagen, und da seine Bewegungen, wie » bereits erläutert, sich infolge des Spiels der Umschaltfeder schnell vollziehen, so wird in der Tat keine beträchtliche Heizmittelmenge direkt durch das Ventil fortgeleitet. Der Hauptteil der fortgeleiteten Heizmittelmenge ist derjenige, der in einer Endstellung des Ventils 43,44 durch den Kanal 45 in die Membrankammer eingeleitet, in der anderen Endstellung daraus durch denselben Kanal abgeleitet wird. Dieser Hauptteil des Heizmittels ist für jeden Membranenhub derselbe, und da die Hubzahl pro

Claims

Zeiteinheit durch den Thermostaten 33 unter Vermittlung des Hebels .31 und des Ventils 15 genau geregelt werden kann, so erfolgt offenbar eine feine Regelung des Heizmittel Verbrauchs, dem Bedarf entsprechend.

Eine weitere Regelung des Heizmittelverbrauchs kann teils durch die Schraube 48, welche auf die die Membran niederdrückende Feder 49 wirkt, teils durch die folgende Vorrichtung erfolgen. Die Ventilspindel ist mit einem Flüssigkeitkatarakt 46 verbunden, der eigentlich zur Verhinderung von Geräuschen bei der Umstellung des Ventils dient; durch die Schraube 47 kann man jedoch die Flüssigkeitbewegungen in diesem Katarakt derart stark bremsen, daß die Ventilumstellung nicht mehr praktisch augenblicklich erfolgt, sondern eine gewisse Zeit erfordert. Während dieser Zeit erfolgt dann eine direkte Durchströmung von Heizmitteln, die natürlich durch stärkere Bremsung vergrößert werden kann, so daß das Verhältnis zwischen dieser Heizmittelmenge und der vorhergenannten, genau abgemessenen, größer wird. Unter solchen Verhältnissen nähert sich also die Wirkungsweise dieser Ausführungsform mehr derjenigen der vorher beschriebenen.

Es ist einleuchtend, daß auch in den Ausführungsformen nach Fig. 3 bis. 5 die Membranen, wo sie angebracht sind, durch andere bewegliche Wände, z.B. Kolben, ersetzt werden können.

Pat ε ν τ -Anspruch ε :

ι. Verfahren zum Regeln von Heizanlagen, die mit einem durch ein Rohrnetz kreisenden Heizmittel arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Heizmittel Druckwellen erzeugt werden, die für die besonderen Heizelemente angeordnete Regelungsventile betätigen.
2. Vorrichtung zur Erzeugung von Druckwellen in einem Rohrnetz nach Anspruch 1 mit einem durch eine von dem Druckmittel beeinflußte nachgiebige Wand (Membran ο. dgl.) selbsttätig geöffneten oder geschlossenen Absperrventil für das Heizmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die an derjenigen Seite der Wand (5, Fig. 2), die mit dem Heizmittel nicht iri Berührung steht, befindliche Kammer mit der Atmosphäre einerseits durch einen engen Kanal mit regelbarem Durchlaufquerschnitt (Ventil 15, Fig. 2, 4, 5) und andererseits durch ein mittels Druckunterschiedes zwischen seinen beiden Seiten sich nach der Kammer zu öffnendes Ventil (16) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht, derart, daß die Merqbran sich schneller nach der einen Seite als nach der anderen bewegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer an derjenigen Seite der Membran, die mit dem Heizmittel nicht in Berührung steht, mit einem unter dem Druck der Atmosphäre stehenden Flüssigkeitsbehälter verbunden ist.
4. Vorrichtung zum Regeln von Heizanlagen nach Anspruch 1 unter Benutzung eines durch die Druckwellen unter besonderen, durch Thermostate bestimmten Bedingungen betätigten Regelungventils (22, Fig. 3), dadurch gekennzeichnet, daß der ■Thermostat (28) durch einen Kniehebel (26) mit einem Gesperre (25) verbunden ist, das

in der einen Grenzlage das Öffnen und in der anderen das Schließen des unter dem Einfluß der Druckwellen stehenden Ventils verhindert.
5. Vorrichtung zur Regelung von Heizanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Regelungstelle ein Membranventil ο. dgl. angeordnet ist, welches, sowohl zur Erzeugung von Druckwellen als zur Regelung eines Heizelementes unter Einwirkung dieser Druckwellen dient (Fig. 4).
6.. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) mit einem Thermostaten (32, 33) versehen ist, der den Durchlaßquerschnitt des Austrittskanals der Membrankammer regelt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine gegebenenfalls mit einer Flüssigkeitsbremse verbundene Ventilspindel (40, Fig. 5) mit zwei in entgegengesetzten Richtungen dichtenden Ventiltellern (41,42), zwischen denen ein durch die Spindel (40) geführter Kanal (45) mündet, der mit einer Kammer verbunden ist, welche sich an eine die Bewegung des Ventils regelnde, von dem Druck betätigte, bewegliche Wand (5) anschließt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.