DE3112138C2

DE3112138C2 - Thermostatisch betätigtes Ventil

Info

Publication number: DE3112138C2
Application number: DE19813112138
Authority: DE
Inventors: Hans-Uwe 6200 Aabenraa Simonsen; Volker 6440 Augustenborg Spies
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1981-03-27
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1987-10-01
Also published as: DK148222B; DK114982A; DE3112138A1; DK148222C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisch betätigtes Ventil, dessen von der Temperatur-Regelabweichung abhängige Durchfluß-Kennlinie im Anschluß an einen normalen Regelabschnitt einen den Durchfluß begrenzenden Abschnitt aufweist.

Bei einem bekannten Thermostat-Ventil dieser Art (DE-OS 29 36 027) ist das Ventilverschlußstück mit einem den Ventilsitz durchsetzenden Fortsatz versehen, der einen konischen Übergangsabschnitt mit abnehmendem Querschnitt und einen daran anschließenden

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65 zylindrischen Hals aufweist, der im Innern der Ventilsitzbohrung endet Über einen ersten Hub-Abschnitt wird die Durchfluß-Kennlinie hauptsächlich durch den Drosselspalt zwischen dem konischen Obergangsabschnitt und dem Ventilsitz bestimmt Dies ergibt einen normalen Regelabschnitt, der vorzugsweise annähernd linear verläuft Bei weiterem Hub wird die Durchflußmenge hauptsächlich von dem zwischen dem Hals und der Ventilsitzbohrung gebildeten Spalt bestimmt Dies ergibt einen unabhängig vom Hub etwa konstant bleibenden Durchfluß. Der normale Regelabschnitt entspricht dem Proportionalbereich eines solchen Ventils und erstreckt sich in der Praxis über etwa 2° K. Die Durchflußbegrenzung wird normalerweise bei Thermostaten durch eine Hubbegrenzung mit Hilfe eines gehäusefesten Anschlags bewirkt Da bei vorliegendem Thermostatventil der entsprechende Gehäuseteil aber aus anderen Gründen axial verstellbar ist, wird die funktionsmäßig gleiche Durchfluäbegrenzung mit Hilfe des Fortsatzes am Ventilverschlußstück erzielt

Die bekannte DurchfluSbegrenzung, sei es mit Hilfe einer Hubbegrenzung oder mit Hilfe des Fortsatzes, gegebenenfalls in Verbindung mit einer einstellbaren Drossel, hat den Vorteil, daß die maximale Durchflußmenge auch bei sehr großem Wärmebedarf einen bestimmten Wert nicht überschreiten kann. Trotzdem läßt es sich nicht vermeiden, daß beim öffnen des Fensters, wenn der Raum gelüftet werden soll, infolge der dabei auftretenden Abkühlung das Ventil in die volle Öffnungsstellung geht und die maximale Wärmemenge geliefert wird. Wenn daher der Benutzer das Ventil nicht auf einen kleineren Sollwert verstellt hat wird Wärmeenergie unnütz abgegeben. Ein weiteres Problem tritt auf, wenn größere Unterschiede zwischen dem Temperatur-Sollwert und dem Temperatur-Istwert in einer Anlage mit vielen Thermostatventilen gleichzeitig auftreten. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Anlage in Betrieb genommen wird oder wenn bei mit Nachtabsenkung ausgestatteten Ventilen der Sollwert morgens erhöht wird. In diesem Fall werden nämlich die der Pumpe am nächsten liegenden Ventile bevorzugt mit dem Wärmeträger versorgt während die strömungstechnisch ungünstiger angebrachten Heizkörper erst dann voll mit dem Wärmeträger versorgt werden, wenn die erstgenannten Ventile bereits gedrosselt haben. Dies bedeutet daß die Heizkörper unterschiedlich rasch warm werden, wobei die Verzögerung in ungünstigen Fällen mehrere Stunden dauern kann.

Aus dem Sonderdruck L 3462 aus »Regelungstechnische Praxis« Hefte 4 und 5,1971, Seiten 135 bis 142 und 176 bis 182, sind Betrachtungen zur Wahl der zweckmäßigsten Kennlinienform von Stellventilen bekannt. Diese umfassen aber nicht Durchflußkennlinien mit negativem Ast.

Aus »Regelungstechnische Praxis« 1970, Heft I, Seiten 10 bis 16, sind Ventilverstärkungs-Kennlinien mit negativem Ast bekannt Diese Kennlinien haben durchwegs positive Werte. Da si? durch Differenzieren der Durchflußkennlinie entstehen, hat die jeweils zugehörige DurchfluOkennlinie keinen negativen Ast.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermostatisch betätigtes Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dessen Hilfe die geschilderten Verteilungsschwierigkeiten zu einem erheblichen Teil beseitigt werden können und ein unnötiger Energieverbrauch herabgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.

daß der begrenzende Abschnitt der Durchfluß-Kennlinie einen negativen Ast aufweist

Per negative Ast führt dazu, daß mit steigendem Ventilhub der Durchfluß nicht nur auf einen konstanten Wert begrenzt, sondern von einem oberen Grenzwert wieder herabgesetzt wird. Dies hat den Vorteil, daß bei großen Unterschieden zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Temperatur die Ventile in einer Anlage nur teilweise geöffnet sind, so daß beispielsweise beim Einschalten der Heizanlage oder beim Aufheben der Nachtabsenkung alle Heizkörper gleichzeitig einen Teil des von der Pumpe gelieferten Wärmeträgers erhalten. Die großen zeitlichen Verzögerungen bei der Beheizung der einzelnen Heizkörper entfallen. Auch wenn beim Öffnen des Fensters die Raumtemperatur um mehrere ° K sinkt, ist das Ventil nur teilweise geöffnet, so daß nicht unnötig Wärme an den Raum abgegeben wird. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen. Dies ist besonders dort wichtig, wo keine Möglichkeit besteht oder nicht daran gedacht wird, den Sollwert des Thermostatventils beim öffnen des Fensters herabzusetzen, z. B. in öffentlichen Gebäuden. Die verminderte Durchflußmenge macht sich auch bei Fernheizungsanlagen bermerkbar, wo nach verbrauchter Wassermenge abgerechnet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der negative Ast bei einem unteren Grenzwert endet, der zwischen 40 und 80% des maximalen Durchflusses liegt. Ein solcher Wert ergibt einerseits eine ausreichend starke Verminderung des Durchflusses, um die erstrebten Ziele zu erreichen, läßt aber andererseits noch einen solchen Durchfluß zu, daß die jeweilige Aufheizung bis zum Erreichen des Proportionalbereichs in angemessener Zeit erfolgt.

Günstig ist es, wenn der untere Grenzwert des negativen Astes mindestens gleich dem Durchfluß bei einer Temperatur-Regelabweichung von 2° K ist Dadurch ist bei einem üblicherweise auf einen normalen Arbeitsbereich von 2°K ausgelegten Ventil sichergestellt, daß der Arbeitspunkt, nachdem er den negativen Ast durchlaufen hat, zum normalen Regelabschnitt zurückkehrt.

An den negativer. Ast sollte sich ein horizontaler Ast anschließen. Für einen bestimmten Bereich der Temperatur-Regelabweichung ergeben sich dann konstante Durchflußverhältnisse. Zur Begrenzung dieses horizontalen Astes kann hieran ein positiver Ajt anschließen.

Wenn man von einem Ventil ausgeht, bei dem das Ventilverschlußstück einen den Ventilsitz durchsetzenden Fortsatz trägt, der einen Übergangsabschnitt mit abnehmendem Querschnitt und einen daran anschließenden Hals aufweist, läßt sich die erstrebte Durchfluß-Kennlinie besonders leicht dadurch erreichen, daß im Anschluß an den Hals ein Begrenzungskörper vorgesehen ist, dessen Querschnitt größer ist als derjenige des Halses und kleiner als derjenige der Ventilsitzbohrung und der in der Schließstellung mit Abstand von dem dem Ventilsitz gegenüberliegenden Ende der Ventilsitzbohrung angeordnet ist. Sobald der Begrenzungskörper in den Bereich der Ventilsitzbohrung kommt, ergibt sich ein negativer Ast der Kennlinie.

Wenn der Übergangsabschniti etwa konisch und der Hals zylindrisch ist, sollte der Begrenzungskörper ebenfalls einen zylindrischen Teil aufweisen. Solange sich dieser zylindrische Körper in der Ventilsitzbohrung befindet, erhält man den unteren Grenzwert des Durchflusses innerhalb des begrenzenden Abschnittes.

Dem zylindrischen T eil des Begrenzungskorpers kann ein Konusteil vorgeschaltet sein. Auf diese Weise läßt sich die Neigung des negativen Astes verringern.

In manchen Fällen ist es auch günstig, wenn dem zylindrischen Teil des Begrenzungskörpers ein Konusteil nachgeschaltet ist Dies verbessert die Strömungseigenschaften und führt bei einem sehr großen Oberhub dazu, daß der Durchfluß wieder ansteigt

Mit Vorzug ist die axiale Länge des zylindrischen Halses etwa gleich derjenigen der Ventilsitzbohrung. Hierdurch schließt der negative Ast unmittelbar an den normalen Teil der Kennlinie an.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Thermostatventil,

F i g. 2 den Bereich des Ventilsitzes in vergrößerter Darstellung und

Fig.3 eine von der Temperatur-Regelabweichung abhängige Durchfluß-Kennlinie.

Ein Ventil besitzt ein Gehäuse 1, das einen Eintrittsstutzen 2 und einen Austrittsi.iützen 3 aufweist, der über eine Oberwurfmutter 4 mit eir»<:m Nippel 5 verbunden ist

Auf einem Gehäusebund 6 ist der Fuß 7 eines Thermostataufsatzes 8 mit Hilfe eines Spannbandes 9 und einei Schraube 10 befestigt Ein Drehgriff 11 dient der Einstellung eines Sollwertes. Beispielsweise weist der Thermostataufsatz eine Balgdose mit Flüssigkeits-Dampf-Füllung auf, deren Druck einer mit Hilfe des Drehgriffs 11 verstellbaren Sollwertfeder entgegenwirkt so daß sich Gleichgewichtsstellungen ergeben, durch weiche ein Ventilstift 12 verschoben wird.

Im Gehäusebund 6 ist ein Einsatz 13 eingeschraubt, der eine mit einer Dichtung 14 versehene Stopfbuchse 15 für den Durchtritt des Ventilstifles 12 aufnimmt Im Einsatz 13 ist ein Ventilschaft 16 geführt der durch eine Rückstellfeder 17 belastet ist und am unteren Ende ein Ventilverschlußstück 18 trägt. Dieses arbeitet mit einem Ventilsitz 19 zusammen.

Fig.2 zeigt daß an den Ventilsitz 19 eine Ventilsitzbohrung 20 anschließt. Das Ventilverschlußstück 18 weist einen den Ventilsitz 19 durchsetzenden Fortsatz 21 auf, der aus einem konischen Übergangsabschnitt 22, einem zylindrischen Hals 23 und einem Begrenzungskörper 24 besteht Letzterer weist einen zylindrischen Teil 25, einen vorgeschalteten Konusteil 26 und einen nachgeschalteten Konusteil 27 auf.

F i g. 3 zeigt in einem Diagramm über der Temperatur-Regelabweichung xp den Kv-Wert, also den Durchfluß. Wegen der thermostatischen Steuerung entspricht dieser Regelabweichung, also der Differenz zwischen dem eingestellten Sollwert und dem Istwert der Raumtemperatur, ein von den Ventildaten, z. B. der Feder Ϊ7, abhängiger Ventilhub. Die Kennlinie besitzt einen normalen Regeiabschnitt A, der etwa linear verläuft und im wesentlichen durch den Spalt zwischen dem konischen Übergangsabschnitt 22 und dem Ventilsitz 19 bestimmt wird. Es schließt sich ein negativer Ast B an, der sich ergibt, wenn sich der Konusteil 26 der Unterkante der Ventilsitzbohrung 20 nähen. Sobald der zylindrische Teil 24 in die Bohrung 20 eintritt, ergibt sich der horizontale Ast C. Wenn der Konusteil 27 oben aus der Ventilsitzbohrung 20 auszutreten beginnt, ergibt sich der Ast Oder Kennlinie. ^h) Verlange·-' msn den 'zylindrischen Teil 25, ergäbe sich der Kennlinicnabschnitt D\. Das Ventil ist so ausgelegt, daß im Punkt K (xp=2K) 80% des maximalen Durchflusses ereicht werden. Bei größeren Temperatur-

Regelabweichungen steht zunächst noch eine Durchflußreservc zur Verfügung. 'Vnschließend sinkt der Durchfluß aber wieder gemäß dem negativen Ast B auf einen Grenzwert, der etwas über 80% des maximalen Durchflusses liegt. Dieser Zustand ergibt sich insbesondere beim Öffnen des Fensters, beim Einschalten einer Heizanlage oder bei der morgendlichen Heraufsetzung des Sollwertes bei einer Anlage mit Nachtabsenkung.

Gestrichelt ist eine andere Ausführung gezeigt. Durch Wahl einer stärkeren Feder 17 entspricht der Wert xp=2°K dem Punkt /C'und damit einem Durchfluß von 40%. Entsprechend größer ist die Durchflußreserve und entsprechend langer kann der negative Ast fl'sein. Die anschließenden Äste C. D' und D\ entsprechen denjenigen des voll ausgezogenen Beispiels.

Die erstrebte Durchfluß-Kennlinie läßt sich auch auf andere Weise erreichen. Beispielsweise kann ein mit dem Ventilschaft verbundener Begrenzungskörper mit einer von der Ventilsitzbohrung unabhängigen Bohrung zusammenwirken, welche dem Ventilsitz vor- oder nachgeschaltet is*.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermostatisch betätigtes Ventil, dessen von der Temperatur-Regelabweichung abhängige Durchfluß-Kennlinie im Anschluß an einen normalen Regelabschnitt einen den Durchfluß begrenzenden Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzende Abschnitt (B bis DJeinen negativen Ast ^aufweist Ό

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Ast (B) bei einem unteren Grenzwert endet, der zwischen 40 und 80% des maximalen Durchflusses liegt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch is gekennzeichnet, daß der untere Grenzwert des negativen Astes (B) mindestens gleich dem Durchfluß bei einer Temperatur-Regelabweichung von 2°Kist

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gej«nnzeichnet, daß an den negativen Ast (B) ein horizontaler Ast fQanschueßt

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den horizontalen Ast (C) ein positiver Ast ^anschließt

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ventilverschlußstück einen den Ventilsitz durchsetzenden Fortsatz trägt, der einen Obergangsabschnitt mit abnehmendem Querschnitt und einen daran anschließenden Hals aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Hals (23) ein Begrenzuigskörper (24) vorgesehen ist, dessen Querschnitt größer ist als den-nige des Halses und kleiner als derjenige der Ventilsitzbohrung (20) und der in der Schließstellung mit Abstand von dem dem Ventilsitz (19) gegenüberliegenden Ende der Ventilsitzbohrung angeordnet ist

7. Ventil nach Anspruch 6, bei dem der Übergangsabschnitt etwa konisch und der Hals zylindrisch ist dadurch gekennzeichnet, daß der *o Begrenzungskörper (24) ebenfalls einen zylindrischen Teil (25) aufweist

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zylindrischen Teil (25) des Begrenzungskörpers (24) ein Konusteil (26) vorgeschaltet «5 ist

9. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem zylindrischen Teil (25) des Begrenzungskörpers (24) ein Konusteil (27) nachgeschaltet ist so

10. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des zylindrischen Halses (23) etwa gleich derjenigen der Ventilsitzbohrung (20) ist.

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