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Mehrwegeventil zum Verteilen eines Mediums
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auf zwei oder mehr Wege
Beschreibung: Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil zum Verteilen eines Mediums bestimmter
Temperatur, z.B. von Warmwasser einer Heizanlage auf zwei oder mehrere Wege in Abhängigkeit
von der Temperatur eines anderen Mediums, z.B. eines Speichers der Heizanlage mittels
eines, im Ventil längs beweglichen Schiebers, der einzelne Ablauföffnungen im Ventilgehäuse
in einem vorbestimmbaren Verhältnis in Bezug auf den Zulauf des Ventiles öffnet
oder schließt.
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Das genannte Mehrwegeventil soll einen Durchgang zwischen dem Zulauf
und dem Wärmetauscher eines Speichers herstellen und einen Bypaß schließen , wenn
die Zulauftemperatur höher ist als die Temperatur des Speichers. Für eine Zulaufteperatur
gleich oder tiefer der Temperatur des Speichers soll der Wärmetauscher geschlossen
werden und die zuzuleitende Flüssigkeit in den Bypaß geführt werden. Bei einer solchen
Anlage ist es erstrebenswert, daß ein vollkommen wartungsfreier Betrieb bei sehr
hoher Zuverlässigkeit ermöglicht wird und schon sehr geringe Temperaturdifferenzen
von einigen wenigen Grad zum Umschalten ausreichen müssen. Es sollte ein stabiler
Betrieb ohne dauerndes Hin- und Herschalten bei kurzzeitigen Temperatuveränderungen
möglich werden, wobei die Ventilstellung nur durch die Temperaturdifferenz und nicht
durch das Temperaturniveau bestimmt sein soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Ventil der eingangs
beschriebenen Art zu beschaffen, welches diese angegebenen Bedingungen in möglichst
optimaler Weise erfüllt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung vor,
daß der Schieber zwischen zwei, auf Wärmeeinwirkung
mit einer ausgeprägten
Längenveränderung reagierenden Bauelementen an jeweils einem Ende derselben mit
seinen beiden Seiten befestigt ist, daß die jeweils anderen Enden der Elemente fest
mit dem Ventilgehäuse verbunden sind und daß das erste Element von der Temperatur
des einen Mediums, das zweite Element jedoch von der Temperatur des anderen Mediums
beaufschlagbar ist. Von besonderem Vorteil ist gemäß der vorgeschlagenen Erfindung,
daß die erwähnten Bauelemente aus Metallfaltenbälgen bestehen, die mit einem Flüssigkeits-Dampfgemisch
gefüllt sind, wobei dieses Flüssigkeits-Dampfgemisch in vorteilhafter Weise aus
Äther bestehen soll.
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Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der Schieber aus einem Rohrstück
besteht, welches zum Verschließen bzw. Öffnen der Auslaßöffnungen im Ventil innenraum
gleitet und in welchem mittels radialer Rippen ein zentrales Lagerstück 7 befestigt
ist, welches seinerseits den zu den beiden Faltenbälgen führenden Verbindungsbolzen
zur Befestigung mit diesen in sich aufnimmt. Günstig ist es dabei weiterhin, daß
der, von der Temperatur des einen Mediums beaufschlagte Faltenbalg mit seinem, dem
Schieber abgewendeten Ende an einem im Ventilgehäuse befestigten durchströmbaren
Haltestück befestigt ist, welches gleichen Querschnitt wie der Schieber aufweist,
so daß der Faltenbalg direkt von dem einen Medium der Temperatur beaufschlagbar
ist und daß der von der Temperatur des anderen Mediums beaufschlagte bzw. beeinflußte
Faltenbalg mit seinem, dem Schieber abgewandten Ende in einer dünnwandigen Hülse
befestigt ist, die den unteren Teil des Ventilgehäuses bildet und direkt in dem
anderen Medium gelegen ist.
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Letztlich schlägt die Erfindung noch in vorteilhafter Weise vor, daß
die beiden, den jeweiligen Faltenbälgen zugeordnete Innenräume des Ventils voneinander
durch eine, die Lagerung
des Schiebers aufnehmende Zwischenwand
getrennt sind, die eine Bypaßbohrung zwischen den Räumen aufweist.
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Durch geeignete Wahl der Füllflüssigkeit und der Faltenbalgabmessungen
lassen sich sowohl die obere Grenztemperatur als auch die Empfindlichkeit den Einsatzbedingungen
bei der vorliegenden Erfindung anpassen. Da es bei der geschilderten Aufgabe nicht
erforderlich ist, den Wärmetauscher oder den Bypaß absolut dicht zu verschließen,
kann auf Dichtungen verzichtet werden, wodurch das Ventil praktisch verschleißfrei
arbeitet. Darüberhinaus ist gewährleistet, daß während des Öffnungs- und Schließvorganges
immer der gleiche freie Strömungsquerschnitt offen ist.
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Die Vorteile des neuen Ventiles bestehen i,n wesentlichen in einem
vollkommen wartungsfreien Betrieb, sehr hoher Zuverlässigkeit, sehr geringer Temperturdifferenzen
von einigen wenigen Grad, die bereits zum Umschalten ausreichen, sowie in einem
stabilen Betrieb ohne dauerndes Hin- und Herschalten bei kurzzeitigen Temperaturänderungen.
Das neue Ventil schaltet lediglich aufgrund einer Temperaturdifferenz und nicht
aufgrund eines bestimmten Temperaturniveaus und weist sehr geringe Anlagekosten
auf.
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Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden
anhand der Figuren näher erläutert: Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch das
neue Ventil und die Figur 2 einen Schnitt entlang der Linien Au und BB der im Querschnitt
gleichen Teile Ventilschieber und Einlaßhaltestück und die Figur 3 schematisch einen
Anwendungsfall des Ventiles.
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Das Ventil besteht im wesentlichen aus dem rohrförmigen Ventilkörper
1, der in sich den ersten Balgraum 2 sowie den Ventilraum 3 aufnimmt, in welchem
der Ventilschieber 4 gleitet. Der Ventilschieber 4, der in der Figur 2 im Schnitt
dargestellt ist, besteht aus einem Rohrstück 5, das mittels Rippen 6 auf dem Lagerstück
7 sitzt, durch welches ein Bolzen 9 gesteckt ist. Zwischen den Rippen 6 im Rohr
5 werden die Durchtrittsöffnungen 8 des Ventilschiebers 4 gebildet. In dem Ventilkörper
1 soll nun das durch den Einlaß 23 einströmende Medium abhängig von seiner Temperaturdifferenz
T1-T2 oder T2-T1 gegenüber der unteren Ventilhälfte 24, jenachdem in das eine Auslaßrohr
lo oder das andere Auslaßrohr 13 geführt werden.
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Der Schieber 4 ist nun im Ventilraum 3 in zwei Positionen beweglich,
wobei sein Rohrstück 5 einmal die im Ventilkörper 1 befindliche erste Auslaßöffnung
11 und in der anderen Stellung die zweite Auslaßöffnung 12 bezüglich des Raumes
3 verschließt. In beiden Positionen bleibt die jeweils andere Öffnung unbedeckt,
d.h. der freie Durchgang von den Innenräumen 2 und 3 wird abhängig von der Schieberstellung
zu jeweils einer der Öffnungen 11 und 12 hergestellt, an welche die Auslaßrohre
lo und 13 angesetzt sind.
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Die Schieberbewegung in dem Raum 3 zum Öffnen und Schließen der Öffnungen
11 und 12 erfolgt nun über den Bolzen 9, der den Schieber 4 mittels des Lagerstücks
7 führt. Die Bolzen-bzw. Schieberbewegung wird durch die unterschiedliche Längendehnung
zweier mit einem Äther-Flüssigkeits-Dampfgemisch 20 gefüllten Faltenbälge 14 und
15 erzeugt, deren jeweils äussere Endstücke 16 und 17 fest im Ventilkörper 1 verankert
sind und in deren innere Endstücke 18 und 19 der den Ventilschieber 4 haltende Bolzen
9 jeweils mit einer Seite eingeschraubt
ist.
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Der erste Faltenbalg 14 ist nun im ersten Balgraum 2 gelegen, der
zweite Faltenbalg 15 im zweiten Balgraum 21.
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Herrschen in den beiden Räumen 2 und 21 verschiedene Temperaturen
T1 und T2, d.h. eine Temperaturdifferenz zwischen beiden, so führt der Bolzen 9
mit dem Schieber 4 durch die unterschiedliche Längsausdehung der Bälge 14 und 15
eine Axialbewegung entlang der Gehäusemittenachse 22, längs welcher Bälge 14 und
15 sowie Schieber 4 gelegen sind, aus, so daß der Schieber 4 die Öffnungen 11 und
12 im Raum 3 schließt bzw. öffnet.
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Die Lagerung und die Anschlagsbegrenzung der beiden Bälge 14 und 15
erfolgt auf besondere Weise: der zweite Faltenbalg 15, der von der Temperatur z.B.
eines Speicherraumes 25 beaufschlagt wird, ist mittels des äußeren Endstückes 17
am unteren Ende der als Distanzhülse dienenden unteren Ventilhälfte 24 dicht befestigt.
Diese Hülse 24 ist in den eigentlichen Ventilkörper 1 eingeschraubt und stützt sich
an der inneren Ventilzwischenwand 26 ab.Diese Wand 26 dichtet die Räume 2 und 21
voneinander ab. Eine zentrale Bohrung 27 in ihr führt dabei mit etwas Spiel das
Lagerstück 7 des Schiebers 4. Für den Druckausgleich zwischen den Räumen 2 und 21
bei der Bewegung des Schiebers 4 sorgt eine Bypaßbohrung 28. Bei einer Ausdehnung
des Balges 15 kann sich das innere Endstück 19 nur soweit im Raum 21 bewegen, bis
es als Anschlagsbegrenzung an die Wand 26 zum Anliegen kommt. In dieser Position
nimmt der Schieber 4 seine obere Lage ein, d.h. der Auslaß 11 ist geöffnet, der
andere Auslaß 12 jedoch geschlossen.
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Derselbe Anschlag kann jedoch mittels der oberen Distanzhülse 29 erzielt
werden, die zur Führung in dem Einlaßfaltenbalg 14 gelegen ist. Diese Hülse sitzt
dabei auf dem inneren Endstück 18 desselben und liegt bei zusammengezogenem Zustand
am äußeren Endstück 16 an und begrenzt dadurch den Hub. Das obere Endstück 16 ist
in der Mitte des Haltestückes 30 befestigt, welches den gleichen Querschnitt wie
der Ventilschieber 4 aufweist und damit gut durchströmbar ist. Das Haltestück 30
ist am Eingang zum ersten Balgraum 2 des Ventilkörpers 1 befestigt.
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Wird nun das gesamte Ventil in ein Speichermedium gebracht, so daß
mindestens der untere Ventilteil 24 mit seiner dünneren Wandung von dessen Temperatur
T2 beeinflußt wird und wird ein Medium anderer Temperatur auf den Einlaß 23 gebracht,
so werden die beiden Bälge 14 und 15 von verschiedenen Temperaturen beaufschlagt
und der Ventilschieber 4 verändert seine Stellung. Da der erste Balg 14 direkt von
der Einlaßtemperatur T1 des Mediums beaufschlagt wird, und die Wand des Gehäuses
1 relativ dick gemacht werden kann, wird er auch bei vollständigem Einbau des Ventiles
in den Speicherraum 25 nicht von dessen Temperatur T2 beeinflußt.
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Der Figur 3 ist ein Schaltbeispiel für das Ventil angegeben, bei welchem
eihe Zulaufflüssigkeit der Temperatur T1 vom Zulauf 31 her abhängig von seiner Temperaturdifferenz
zu der Temperatur eines Speichers 32 mit der Temperatur T2 entweder in einen Wärmetauscher
33 in dem Speicher 32 oder zu einem, diesen umgehenden Bypaß 34 geleitet werden
soll.
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Das eingangs erwähnte Ventil ermöglicht nun einen solchen Schaltvorgang,
sofern der Zulauf 31 an den Ventileinlaß 23, der Wärmetauscher 33 an den ersten
Auslaß 13 und der
Bypaß 34 an den zweiten Auslaß lo angeschlossen
wird und der gesamte Ventilkörper so in den Speicher 32 eingebaut wird, daß dessen
Temperatur T2 die untere Hälfte 24 bzw. den Faltenbalg 25 beeinflußt.
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Die Auswahl der Flüssigkeit 20 in den Bälgen 15 und 15 hängt davon
ab, in welchem Temperaturbereich das Ventil eingesetzt werden soll. Bei einer bestimmten
Flüssigkeit ist die obere Temperatur durch die Festigkeit der Faltenbälge 14,15
begrenzt.
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Die untere Temperatur ist durch den Einfluß der Federkonstante der
Faltenbälge 14,15 auf die Empfindlichkeit des Regenventiles begrenzt. Bei einer
Verwendung von Dyäthyther sind etwa folgende Grenzwerte zu erreichen: Obere Grentemperatur
ca. looO C, notwendige Temperaturdifferenz für einen vollen Hub bei Spei-0 0 chertemperatur
T2=9o , einet = 2 K 60 ein AT = 50K 0 0 3o ein AT = lo°K Die Faltenbälge 14 und
15 werden z.B. zur hälfte mit Äther gefüllt. Durch Ausdampfen wurde vor dem Verschließen
der Faltenbälge sichergestellt, daß sie nur Äther und Ätherdampf enthalten, so daß
bei jeder Temperatur und jeder axialen Ausdehnung der Innendruck gleich dem Dampfdruck
des Äthers ist. In dem Faltenbal 15 stellt sich die Temperatur T2 des Speichermediums,
in dem Faltenbag 14 die Tempertaur T1 des Zulaufs ein. Die Drücke in den beiden
Bälgen entsprechen den Dampfdrücken bei den jeweiligen Temperaturen. Steigt nun
die Temperatur T1 des Zulaufs oder fällt die Temperatur T2 des Speichers, so werden
die Innendrücke in den beiden Faltenbälgen 14,15 unterschiedlich hoch. Es ergibt
sich eine Kraft, welche den Schieber entgegen der Summe der beiden Federkräfte nach
unten bewegt.
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Beim Uberschreiten einer bestimmten Temperaturdifferenz liegt der
Schieber am unteren Anschlag an, wodurch z.B. ein Wärmetauscher der oben beschriebenen
Art voll geöffnet und ein entsprechender Bypaß geschlossen ist. Bei einer umgekehrten
Temperaturdifferenz ist der Wärmetauscher geschlossen und der Bypaß geöffnet.