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Umschaltventil
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Umschaltventil gemäß
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Ein solches aus DE-AS 1 600 966 bekanntes Ventil weist eine Vielzahl
von Randdurchlässen in seiner beweglichen Scheibe auf, die je nach Stellung des
Antriebs mit einer aus der Vielzahl von kreisförmig angeordneten Rinnen der feststehenden
Scheibe in Verbindung kommt. Derartige Umschaltventile sind vorzugsweise dann angebracht,
wenn eine Druckmittelquelle mit einer Vielzahl von Druckmittelverbrauchern nacheinander
in Verbindung geschaltet werden soll.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere
für Heizungsanlagen verwendbares Umschaltventil
zu schaffen, mit
dem eine Wärmequelle alternativ auf ein Heizungssystem oder einen anderen Verbraucher,
beispielsweise einen Brauchwasserbereiter, geschaltet werden kann. Da nur zwei Stellungen
des Umschaltventils möglich sind, ist auf eine einfachste Gestaltung der Scheiben,
des Gehäuses und des Antriebs entscheidender Wert zu legen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung
hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren eins bis elf
der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen Figur eins ein Schaltschema unter Einbeziehung des Umschaltventils,
Figur zwei einen Schnitt durch das Umschaltventil entlang der Linie 2 - 2 in Figur
drei, Figur drei einen Schnitt durch das Umschaltventil entlang der Linie 3 - 3
in Figur zwei, Figur vier eine Ansicht auf eine Gehäuseinnenseite,
Figur
fünf eine Ansicht auf die Gehäuseaußenseite, Figur sechs eine Keramikscheibe im
Schnitt, Figur sieben dieselbe Keramikscheibe in Ansicht, Figur acht die andere
Keramikscheibe im Schnitt, Figur neun dieselbe Keramikscheibe in Ansicht, Figur
zehn beide Keramikscheiben in einer Funktionsstellung in Ansicht und Figur elf beide
Keramikscheiben in einer anderen Funktionsstellung in Ansicht.
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In allen elf Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen
Einzelheiten.
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Bei dem in Figur eins dargestellten Heizungssystem bedeutet 1 einen
Erhitzer, dem in einem Umlauf über eine mit einer Umwälzpumpe 2 versehene Rücklaufleitung
3 kaltes Wasser aus dem Umlauf dem Rücklauf zugeführt wird. Von dem Erhitzer 1,
der mit elektrischem Strom oder auch mit festen Brennstoffen gespeist sein kann,
geht eine Vorlaufleitung 4 ab, die zu einer Verzweigungsstelle 6 führt, über die
sich die Vorlaufleitung 4 einmal zu einer Vielzahl parallel und/oder in Serie
geschalteter
Heizkörper 7 beziehungsweise zu einem Brauchwasserwärmetauscher 8 fortsetzt, der
von einer Kaltwasser-Zulaufleitung 9 durchsetzt ist, deren verbraucherseitiges Ende
durch ein Zapfventil 10 verschließbar ist.
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Die Rücklaufleitungen 11 und 12 von den Heizkorpern beziehungsweise
vom Brauchwasser-Wärmetauscher führen zu einem Umsteuerventilgehäuse 13, das Kammern
1-4, 15 und 16 aufwe i st o Die Kammer 14 steht mit der Leitung 11, die Kammer 16
mit der Leitung 12 in Verbindung. Die mittlere Kammer ist an eine Leistung 17 angeschlossen,
die zu einer Verzweigungsstelle 87 führt, an der die Rücklaufleitung 3 abgeht, innerhalb
derer die Pumpe 2 angeordnet ist.
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Die Kammern 14 und 16 sind mit der Kammer 15 über Ventilsitze 18 und
19 verbunden, die von einem auf einer Betätigungsstange 20 angeordneten Ventilkörper
21 verschließbar sind. Dem Ventilgehäuse 13 ist eine Betätigungsvorrichtung 22 zugeordnet,
die aus einem Druckraum 23 und einem Stellkolben 24 besteht, mit dem die Betätigungsstange
20 verbunden ist, die gegenüber den Kammern 14 bis 16 durch einen O-Ring 25 abgedichtet
ist. Beiderseits des Kolbens 24 münden in den Druckraum Druckleitungen 26 und 27,
wobei in der Druckleitung 27 eine Rückströmdrossel 28 angeordnet ist.
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Die Leitungen 26 und 27 sind mit dem Gehäuse 29 des erfindungsgemäßen
Umschaltventils verbunden. Weiterhin ist mit dem Gehäuse 29 eine Druckleitung 30
verbunden, die von einer
Abzweigstelle 5 von der Rücklaufleitung
7 abzweigt. Somit steht in der Leitung 30 der volle Pumpendruck an.
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Von der Verzweigungsstelle 87 geht neben der Leistung 17 noch eine
Leitung 31 ab, die gleichermaßen zum Gehäuse 29 führt.
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Die Leitung 31 führt den geringstmöglichen Druck saugseitig der Pumpe.
Auch die Leitung 27 ist an das Gehäuse 29 angeschlossen, innerhalb des Gehäuses
29 zweigt eine Leitung 32 ab, die zu einem Teillastschaltergehäuse 33 führt. Auch
die Leitung 26 verzweigt sich innerhalb des Gehäuses 29, der Abzweig 34 führt gleichermaßen
zum Teillastschaltergehäuse.
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Das Teillastschaltergehäuse weist einen Druckraum 35 und einen Kolben
36 auf, der innerhalb des Gehäuses unter dem Einfluß der herrschenden Druckverhältnisse
verschieblich ist und der mit einer Stellstange 37 verbunden ist, die über einen
Hebel 38 eine Drosselblende 39 verstellen kann, die im Zuge einer den Erhitzer 1
speisenden Gasleitung liegt.
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Falls der Erhitzer 1 mit elektrischem Strom gespeist ist, ist statt
der Drossel 39 eine elektronische Phasenanschnittsteuerung vorgesehen, die die den
Erhitzer speisende elektrische Leistung verlustlos und stufenfrei zu verstellen
imstande ist.
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Mit dem Gehäuse 29 des Vorrangumschaltventils ist ein Adapter 40 gekoppelt,
der eine in einer Führung 41 verschieblich gelagerte Stellstange 42 aufweist. Die
Stellstange arbeitet mit einem Wasserschalter 43 zusammen, der aus einer Druckkammer
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und einem Kolben 45 besteht, der nach Maßgabe der in der Durckkammer herrschenden
Druckverhältnisse in seine eine oder andere (rechte oder linke) Endlage verschieblich
ist. Der Kolben 45 ist mit der Stellstange 42 verbunden. Der Wasserschalter 43 ist
im Zuge der Kaltwasserzuleitung 9 angeordnet, der Kolben 45 geht von der einen in
die andere Bndlage, wenn Kaltwasserdurchfluß durch die Leitung 9 durch Öffnen des
Zapfventils 10 bewirkt wird.
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Das Gehäuse 29 des Umschaltventils ist, vergleiche Figur zwei, aus
Kunststoff gefertigt, es besteht aus einem Unterteil 46 und einem Oberteil 47, die
beide durch Schrauben 48 längs ihres Umfangs miteinander verbunden sind. Zwischen
Gehäuseober-und Unterteil ist ein freier Innenhohlraum 49 gebildet, der unter Zuhilfenahme
einer O-Ring-Dichtung 50 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. Der Innenraum
49 steht über einen Anschlußstutzen 51 mit der Leistung 30 in Verbindung. Im Bereich
des Innenraums 49 weist das Gehäuseunterteil 46 eine zylindrische Ausnehmung 52
und im Abstand dazu eine weitere zylindrische Ausnehmung 53 als Sacklöcher auf.
In das Sackloch 53 ist ein Metallstift 54 eingefügt, das Sackloch 52 dient als Aussparung
für TJbermaße der Drehwelle 55, die durch den gesamten Innenraum 49 ragt und durch
das Oberteil 47 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 56 und einer Kunststofführung
57 hindurchgeführt ist. An der Drehwelle 55 greift die Stellstange 42 an, und zwar
über einen nicht dargestellten Drehhebel, der auf der Drehwelle 55 befestigt ist.
Auf der Drehwelle 55 ist axial verschieblich ein Flansch 58 gelagert,
gegen
den sich eine Schraubendruckfeder 59 abstützt. An ihrem anderen Ende stützt sich
die Schraubendruckfeder gegenüber einem Drehhebel 60 ab, der mit der Drehwelle 55
fest verbunden ist. Ein Distanzstück 61 dient zur.Führung der Schraubendruckfeder.
Der Drehhebel 60 weist eine Nase 62 auf, die in eine Ausnehmung 63 in einer drehbeweglichen
zylindersektorartig geformten Scheibe 64 aus oxydkeramischem Werkstoff eingreift,
die eine Lagerbohrung 65 aufweist, durch die die Drehwelle 55 greift. Der Drehhebel
60 weist einen Fühler 66 auf, der mit dem Metallstift 54 zusammenwirkt. Im Gehäuseunterteil
46 ist eine feste Scheibe 67 gleichfalls aus oxydkeramischem Werkstoff eingesetzt,
die von einem Gewindering 68 gehalten ist, der mit seinem Außengewinde in ein Innengewinde
des Innenraums 49 eingreift. Die Keramikscheibe 67 weist eine Bohrung 69 auf, durch
die der Metallstift 54 greift. Sie ist mit einer weiteren Bohrung 70 versehen, die
von der Drehwelle 55 durchsetzt wird und als Lager für diese dient.
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In der Figur drei ist die eine Endstellung der beweglichen Scheibe
64 zu erkennen, die sich daraus ergibt, daß der Fühler 66 am Metallstift 54 anliegt.
Die Stellung der beweglichen Scheibe ist damit so gehalten, daß eine der Bohrungen
71 in der feststehenden Scheibe 67 frei ist und somit mit dem Innenraum 49 und damit
mit dem Anschlußstutzen 51 hydraulisch in Verbindung steht.
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Aus den Figuren vier und fünf geht das Gehäuseunterteil 46
näher
hervor. Die Figur vier zeigt das Gehäuseunterteil mit Blickrichtung auf die Unterseite
des Innenraums 49 bei herausgenommener Scheibe 67 und herausgenommenem Metallstift
54. Es ist ersichtlich, daß im Unterteil fluchtend zu den Sacklöchern 52 und 53,
aber im Abstand hiervon, gemeinsam auf einem Kreis 73 um das Sackloch 52 liegend,
Bohrungen 74, 75 und 76 angeordnet sind, von denen die Bohrung 75 als mittlere Bohrung
zwischen den Bohrungen 74 und 76 auf dem Kreis 73 liegt. Die Bohrungen erweitern
sich im Bereich von einem Ansatz 72, in den ein nicht gezeichneter O-Ring eingelegt
ist, der sich zwischen der Unterseite 77 des Innenraums 49 und der festen Keramikscheibe
67 abstützt. Damit werden die Innenräume der Bohrungen 74 - 76 gegenüber der Keramikscheibe
abgedichtet.
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Die die Gehäuseunterseite 46 in Ansicht von außen darstellende Figur
fünf zeigt, daß die Bohrung 75 zu einem Anschluß 78 führt, während die Bohrung 74
zu zwei Anschlüssen 79 und 80, die Bohrung 76 zu Anschlüssen 81 und 82 führt. Der
Anschluß 80 ist mit der Leitung 27, der Anschluß 79 mit der Leitung 32 verbunden.
Der Anschluß 82 ist mit der Leitung 34, der Anschluß 81 mit der Leitung 26 verbunden.
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Die dargestellte Heizungsanlage beziehungsweise das Umschaltventil
besitzt folgende Funktion: Ausgehend von dem in Figur eins dargestellten Schaltzustand,
der der Speisung des Heizkreises durch den Erhitzer 1 entspricht, nimmt der Wasserschalter
43 seine Ruhestellung aufgrund der Rückstellwirkung
einer Druckfeder
83 ein. Der Kolben 45 liegt damit in seiner linken Endstellung, die Keramikscheibe
64 liegt in der dargestellten Stellung. Das bedeutet, daß über den Ringkanal der
Keramikscheibe 64, der an der der feststehenden Scheibe 67 zugewandten Seite angebracht
ist, die Bohrungen 75 und 74 miteinander verbunden sind. Durch diese Stellung der
verdrehbaren Keramikscheibe 64 sind uber den Innenraum 49 die Bohrung 76 mit Anschluß
81 verbunden. Das bedeutet, daß die Verzweigungsstelle 5 über die Leitung 30, den
Innenraum 49 mit den Leitungen 26 und 34 verbunden ist. Das bedeutet weiterhin,
daß der Kolben 24 seine linke, gezeichnete Endstellung einnimmt, so daß der Ventilkörper
21 den Ventilsitz 19 verschließt. Als Folge hiervon steht die Pumpenrücklaufleitung
3 über die Verzweigungsstelle 87 mit der Kammer 15 in Verbindung, die wiederum über
den offenen Sitz 18 mit der Leitung 11 in Verbindung steht. Das bedeutet weiterhin,
daß über den in der Leitung 34 herrschenden Pumpendruck der Kolben 36 in seine linke
Endstellung gefahren ist und daß über den Hebel 38 die Drossel 39 ihre Drosselstellung
einnimmt. Dies bedingt eine Speisung des Erhitzers 1 mit Teilleistung.
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Wird nun Zapfwasser gezapft durch Öffnen des Zapfventils 10, so wird
der Wasserschalter 43 beaufschlagt, und der Kolben 45 fährt entgegen der Rückstellkraft
der Feder 83 in seine rechte Endstellung. Hierbei wird die Stellstange 42 auf das
Ventilgehäuse 29 bewegt, die Stange 42 verstellt über die Drehwelle 55 die bewegliche
Keramikscheibe 64 aus der in der
Figur eins dargestellten Lage
in die andere Lage. Diese ist durch die maximale Auslenkung des Wasserschalters
gegeben.
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In dieser anderen Stellung verschwenkt die bewegliche Scheibe 64 in
der Figur eins im Uhrzeigersinn, so daß der Ringkanal 84 die Bohrung 75 nunmehr
mit der Bohrung 76 verb in det. Aufgrund dieses Stellungswechsels ist die Bohrung
73 nunmehr mit dem Innenraum 49 verbunden und damit mit dem Anschluß 61. Als Folge
dieser Vertauschung kehren sich die Druckverhältnisse in den Leitungen 26, 34 und
27, 32 um. Das bedeutet, daß der Kolben 24 seine andere Endlage einnimmt, worauf
der Ventilkörper 21 den Ventilsitz 18 verschließt, und den Ventilsitz 19 freigibt.
Das bedeutet weiterhin, daß der Kolben 36 in die andere Endlage fahrt, worauf die
Drossel 39 ihren Maximalquerschnitt über den Hebel 38 freigibt.
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Nunmehr ist die Vorlaufleitung 4 des Erhitzers 1 nicht mehr mit den
Heizkörpern 7, sondern mit dem Brauchwasser-Wärmetauscher 8 verbunden.
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Beim Schließen des Zapfventils 10 entfällt die Druckbeaufschlagung
des Wasserschalters 43, und die Feder 83 stellt den Kolben 45 zurück. Als Folge
davon wird auch das Umstellventil in die Ursprungslage zurückverstellt, und zwar
so weit, bis die drehbewegliche Scheibe 64 aus der in der Figur elf dargestellten
Lage in die in der Figur zehn dargestellten Lage übergeht, die dadurch entsteht,
daß der Fühler 66 gegen den Anschlag 54 läuft.
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Zwischenstellungen sind möglich, wenn der Wasserschalterkol-
1
1 -ben durch geringere Druckbeaufschlagung nicht bis auf Endstellung gefahren wird,
wodurch sowohl die Heizkörper 7 als auch der Brauchwasserbereiter 8 an der Warmequelle
1 angeschlossen sind.