DE3300624A1

DE3300624A1 - Ventil mit voreinstellung der durchflussmenge

Info

Publication number: DE3300624A1
Application number: DE19833300624
Authority: DE
Inventors: Erik Nordborg Andresen; Svend Peder Pedersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1983-01-11
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1984-07-19
Also published as: JPS59133872A; GB8400552D0; FR2539203A1; SE8307181D0; JPH0138991B2; DK155545C; GB2133511A; CA1231926A; DK3484D0; DK155545B; SE8307181L; SE448769B; DK3484A; FR2539203B1; US4518147A; GB2133511B; DE3300624C2

Description

PATENTANWALT ^Ζ^ί^Γ" ' '

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 K/M

DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 2300308 TELEFON: 56 10 78

DA 650 -3-

TELEGRAMM: KNOPAT TELEX: 411877 KNOPA D

DANFOSS A/S, Nordborg, Dänemark Ventil mit Voreinstellung der Durchflußmenge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit Voreinstellung der Durchflußmenge, insbesondere Thermostatventil für Warmwasserheizungsanlagen, mit einer zylindrischen Gehäusebohrung, deren Grund den Ventilsitz und deren zylindrische Umfangsfläche eine mit einem Anschluß in Verbindung stehende feste Öffnung aufweist, und mit einem Einsatz, der mittels eines von außen betätigbaren Einstellelements drehbar ist und eine einen Ventilraum umgebende Umfangswand aufweist, die stirnseitig unter Federkraft gegen den Grund der Gehäusebohrung anliegt und umfangsseitig eine mit der festen Öffnung zusammenwirkende Steueröffnung begrenzt, die sich vom Grund der Gehäusebohrung über eine in Umfangsrichtung abnehmende Höhe erstreckt.

Bei einem bekannten Ventil dieser Art (DE-PS 12 61 722) ist der Einsatz zur Bildung der Steueröffnung an der Stirnseite über einen größeren Teil des Umfangs abgeschrägt. Auf diese Weise läßt sich die feste Öffnung mehr oder weniger weit abdecken und hiermit ein gewünschter k -Wert einstellen. Der Einsatz ist axial verhältnismäßig lang, da er bis nahe an die Gehäuseoberkante reicht, wo er fest mit einem als Einstellelement dienenden Stopfbuchseneinsatz verbunden ist. Der Einsatz ist nicht nur in der Gehäusebohrung, sondern auch in einer daran anschließenden Erweiterung geführt.

-A-

Bei dieser Konstruktion treten gelegentlich Verklemmungen auf, die die Drehverstellung des Einsatzes behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem verhältnismäßig geringe Kräfte zur Verstellung ausreichen und die Gefahr des Verklemmens gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umfangswand einen bis zum Grund der Gehäusebohrung reichenden Schurz trägt, der die Steueröffnung bis auf mindestens eine verbleibende Durchtrittsöffnung zum Ventilraum hin abdeckt, und daß der Einsatz nur in der Gehäusebohrung geführt und mit dem Einstellelement über eine ein Spiel erlaubende Drehkupplung verbunden ist.

Bei dieser Konstruktion wird mit Hilfe des Schurzes erreicht, daß der Einsatz nicht nur einseitig am Grund der Gehäusebohrung sondern im wesentlichen ringsum abgestützt ist. Infolgedessen kann er durch die ihn belastende Feder auch nicht verkantet werden; vielmehr behält er immer die genaue axiale Ausrichtung bei.

Mit Hilfe der Zweiteilung zwischen Einsatz und Einstellelement wird verhindert, daß von außen, beispielsweise durch ein Verstellwerkzeug, Querkräfte auf den Einsatz ausgeübt werden, die zu einem Verkanten führen könnten. Daher besteht auch keine Notwendigkeit, den Einsatz über eine größere Länge zu führen. Es genügt eine verhältnismäßig kurze Führung allein in der Gehäusebohrung. Durch die Verringerung des Areals der Führungsflächen werden auch die Reibungskräfte kleiner, so daß die Verstellkräfte insgesamt herabgesetzt werden.

Da das Einstellelement verhältnismäßig lose gelagert werden kann, spielt dessen Lagerreibung keine wesentliche Rolle. Da der Einsatz nicht durch Querkräfte belastet ist, kann man auch eine sehr viel engere Passung als bisher wählen. Dies ermöglicht es wiederum, mit kurzen Abdichtwegen zu arbeiten, so daß der Einsatz insgesamt klein gehalten werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn nur eine Durchtrittsöffnung vorgesehen ist, die sich an einem Ende der Steueröffnung befindet. Da in diesem Fall der Schurz über den wesentlichen Teil seiner Länge geschlossen ist, ergibt sich zwischen der festen Öffnung und der Durchtrittsöffnung ein allseits geschlossener Kanal, der ganz oder teilweise die gewünschte Drosselung bewirken kann.

Hierbei ist es günstig, wenn sich die Durchtrittsöffnung an demjenigen Ende befindet, an dem die Steueröffnung die größte Höhe hat. Dies hat zur Folge, daß dann, wenn der wirksame Abschnitt des Kanals langer wird, auch der von der Steueröffnung freigelassene Teil der festen Öffnung kleiner wird. Die Drosselwirkungen an den zusammenwirkenden Öffnungen und in dem Kanal ändern sich daher gleichsinnig.

Vorzugsweise endet die Führungsfläche des Einsatzes bereits kurz oberhalb der Steueröffnung. Der schmälste Teil der Führungsfläche, der sich im Bereich der größten Höhe der Steueröffnung befindet, braucht lediglich eine dem erforderlichen Abdichtweg entsprechende Höhe zu haben. Weil eine gute Passung möglich ist, genügt bei den üblichen Drücken eine Höhe von weniger als 5 mm oder sogar von weniger als 2 mm.

Desweiteren kann der Einsatz aus einem anderen Material als das Einstellelement bestehen. Hiermit kann den besonderen Bedingungen des Einsatzes (gute Abdichtung, geringe Reibung, hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber der Strömung) unabhängig von den für das Einstellelement erforderlichen Eigenschaften (mechanische Stabilität, Festigkeit gegenüber dem Einstellwerkzeug) Rechnung getragen werden.

Insbesondere kann der Einsatz aus Kunststoff bestehen. Unter der Vielzahl brauchbarer Kunststoffe empfiehlt sich insbesondere Polyphenylensulfid mit einer Glasfaserverstärkung .

Weitere Vorzüge bietet es, wenn der Einsatz ein gespritztes, gegossenes oder gepreßtes Formteil ist. Der Einsatz kann dann ohne jede spanabhebende Bearbeitung fertiggestellt werden, wobei die über einen Teil des Umfangs verlaufende Steueröffnung als von der Stirnseite ausgehende Nut ausgebildet werden kann. Auf diese Weise lassen sich auch Konfigurationen der Nut herstellen, die mit einem spanabhebenden Werkzeug überhaupt nicht erzeugbar wären. Dies erlaubt in vielen Fällen eine äußerst genaue Anpassung an die jeweiligen Drossel-Erfordernisse.

In weiterer Ausgestattung der Erfindung ist dafür gesorgt, daß der Schurz bei gleichbleibendem Innendurchmesser mit abnehmender Höhe der Steueröffnung dicker wird. Der Querschnitt des drosselenden Kanals wird daher nicht nur durch eine Höhenänderung, sondern auch durch eine Breitenänderung beeinflußt, so daß die Drosselwirkung noch stärker beeinflußt werden kann.

Günstig ist es, wenn die Höhe der Steueröffnung so gewählt ist, daß sich der k -Wert bei einer Drehung des Einsatzes linear ändert. Auf diese Weise läßt sich der k -Wert mit Hilfe einer am Gehäuse angebrachten Skala sehr genau und auf jeden beliebigen Zwischenwert einstellen. Um dieses Ziel zu erreichen, kann es erforderlich sein, die Höhe der Steueröffnung abschnittsweise aus unterschiedlichen mathematischen Funktionen zusammenzusetzen.

Eine besonders einfache Art der ein Spiel erlaubenden Drehkupplung ergibt sich, wenn der Einsatz Axialnuten aufweist, in die axial'verlaufende Finger des Einstellelements mit Spiel eingreifen. Auf diese Weise ist es sogar möglich, den Außendurchmesser des Einstellelements kleiner zu halten als den Durchmesser der Führungsfläche des Einsatzes, so daß Kupplung und Einsatz in derselben Gehäusebohrung untergebracht werden können.

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ventilgehäuse in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Maßstab, 30

Fig. 3 eine Ansicht des Einsatzes der Fig. 1 von der Seite,

-s-

Fig. 4 eine Ansicht des Einsatzes der Fig. 1 von unten und

Fig. 5 eine Ansicht des Einsatzes von Fig. 1 von oben. 5

Ein Ventilgehäuse 1 weist einen Ventilsitz 2 und ein damit zusammenwirkendes Verschlußstück 3 auf. Im geschlossenen Zustand wird hiermit ein erster Ventilraum gegenüber einem zweiten Ventilraum 5 abgesperrt, der über einen Kanal 6 mit einem Anschluß 7 verbunden ist. Der Ventilsitz 2 befindet sich am Grund 8 einer Gehäusebohrung 9, deren Umfangsflache 10 mit einer festen Öffnung 11 versehen ist. Diese steht mit einem zweiten Anschluß 12 in Verbindung.

Das Verschlußstück 3 wird von einem Ventilschaft 13 getragen, der einen in die Gehäusebohrung 9 eingeschobenen Einsatz 14 und ein Einstellelement 15 durchsetzt. Am oberen Ende des Ventilschaftes 13 greift ein Stift an, der von einem nicht veranschaulichten Thermostataufsatz verstellbar ist und eine in das Einstellelement 15 eingeschraubte Stopfbuchse 17 durchsetzt. Eine Rückstellfeder 18 greift an einem Bund 19 des Ventilschaftes 13 an und stützt sich an einem inneren Ringflansch 20 des Einsatzes 14 ab. Der Ventilschaft 13 trägt ferner eine Rückdichtung 21, die mit einer Stufe 22 am Einstellelement 15 zusammenwirkt.

Die Axiallage des Einstellelements 15 ist dadurch bestimmt, daß eine Feder 23, die sich am Einsatz 14 abstützt, eine Stufe 24 des Einstellelements gegen eine Stufe 25 eines in das Gehäuse 1 eingeschraubten Niederhalters 26 drückt. Gegen dieser Niederhalter ist das Einstellelement 15 mittels eines Dichtringes 27 abgedichtet. Das Einstellelement 15 kann mit Hilfe eines

Einstellringes 28 verdreht werden, wenn dieser gegen die Kraft der Finger 29 axial nach oben bewegt wird. In diesem Fall kommt eine Vielnutverzahnung 30 am Einstellring 28 außer Eingriff mit entsprechenden Profilierungen 31 am Niederhalter 26, während eine andere Vielnutverzahnung 32 am Einstellring 28 mit entsprechenden Profilierungen 33 am Einstellelement 15 in Eingriff bleibt, so daß eine Drehverstellung möglich ist.

Das Einstellelement 15 weist zwei axiale Finger 34 und 35 auf, die in entsprechende Axialnuten 36 und 37 des Einsatzes 14 mit solchem Spiel eingreifen, daß beide Teile sich in geringem Maße relativ zueinander bewegen können. Auf diese Weise ergibt sich eine Drehkupplung, mit der nur ein Drehmoment vom Einstellelement 15 auf den Einsatz 14 übertragen werden kann, nicht aber eine Verklemmungen hervorrufende Querkraft.

Der Einsatz 14 weist eine zylindrische Führungsfläche auf, die dichtend mit der Umfangsflache 10 der Gehäusebohrung 9 zusammenwirkt. Die kleinste Höhe h dieser Führungsfläche ist so gewählt, daß sie unter Berücksichtigung der Passung als Abdichtweg ausreicht. Eine zweite Dichtfläche wird durch die Stirnseite 40 des Einsatzes 14 gebildet, die von der Feder 23 an den

Grund 8 der Bohrung 9 gedruckt wird. Da von außen keine Querkräfte oder Kippkräfte ausgeübt werden können, liegen die Flächen 39 und 40 so gut an den entsprechenden Gegenflächen an, daß kurze Abdichtwege genügen. 30

Der Einsatz 14 besitzt eine den Ventilraum 4 umgebende Umfangswand 41, deren äußere Umfangsf lache !.eilweise durch die Führungsfläche 39 begrenzt ist. Unterhalb dieser Führungsfläche ist eine Steueröffnung 42 vorge-

sehen, die sich zwischen einem Rücksprung 43 an der Unterseite der Führungsfläche 39 und dem Grund 8 der Gehäusebohrung 9 erstreckt. Die Höhe H der Steueröffnung 42 nimmt in Umfangsrichtung einsinnig zu. Zwischen der Steueröffnung 42 und dem Ventilraum 4 ist über den größten Teil des Umfangs ein Schurz 44 vorgesehen, der ebenfalls bis zum Grund 8 reicht. Die Dicke des Schurzes 44 nimmt in Richtung auf die kleinere Höhe H der Steueröffnung 42 zu, wie Fig. 4 erkennen läßt. Im Bereich der größten Höhe H befindet sich eine Durchtrittsöffnung 45.

Nach dem Einführen des Einsatzes 14 in die Gehäusebohrung 9 wird zwischen ihrer Umfangswand 10, ihrem Grund 8, dem Rücksprung 43 und dem Schurz 44 ein Kanal 46 gebildet, der von der festen Öffnung 11 im Gehäuse 1 zu der Durchtrittsöffnung 45 führt. Hierdurch ergibt sich eine Drosselwirkung, die abhängt von dem Übergangsquer- schnitt zwischen der festen Öffnung 11 und der Steueröffnung 42,von der wirksamen Länge des Kanals 46 und von dem jeweiligen, durch Höhe und Breite bestimmten Kanalquerschnitt.

Wenn der Einsatz 14 mittels des Einstellelements 15 verdreht wird, ändern sich alle Parameter im Sinne einer gleichartigen Änderung der Drosselwirkung. Wird beispielsweise ein Bereich kleinerer Höhe H der Steueröffnung 42 mit der festen Öffnung 11 in Überdeckung gebracht, wird gleichzeitig der Kanal 46 verlängert und ein Abschnitt kleineren Querschnitts wirksam gemacht. Durch entsprechende Wahl des Verlaufs der Höhe H hat man es in der Hand, über einen sehr großen Bereich die die Durchflußmenge bestimmenden k -Werte so zu verändern, daß gleiche Winkelunterschiede zu gleichen k -Wert-Unterschieden führen.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die feste Öffnung 11 auch noch in den Grund 8 der Gehäusebohrung 9 übergehen, so daß der Kanal 46 auch noch von der Stirnseite her gefüllt werden kann. Dies ist in manchen Fällen erwünscht,
wenn bei möglichst kleiner Bauhöhe des Gehäuses die

feste Öffnung einen möglichst großen Querschnitt behalten soll.

Der Drosseleinsatz 14 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Kunststoff, das Gehäuse 1, das Einstellelement 15, die Stopfbuchse 17, der Niederhalter 26 und der Verstellring 28 dagegen aus Messing.

Der Durchmesser des Einsatzes 1 und der Gehäusebohrung 9 beträgt nur 14,5mm und die Höhe des Einsatzes nur
13,5mm.

Wenn die Drosselwirkung hauptsächlich durch den Überdeckungsquerschnitt zwischen der freien Öffnung 11
und der Steueröffnung 42 hervorgerufen wird, kann der Schurz 44 statt der einen am Ende angeordneten Durchtrittsöffnung 45 eine Mehrzahl von über seine Länge
verteilten Durchtrittsöffnungen aufweisen.

Obwohl das Ventil in erster Linie für den Einsatz bei Thermostatventilen von Warmwasserheizungsanlagen bestimmt ist, damit durch Voreinstellung des gewünschten k -Wertes eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers in der Anlage möglich wird, eignet sich die Voreinstellung auch bei anderen Ventilen, beispielsweise bei

handbetätigten Heizkörperventilen oder bei Wasserleitungsventilen.

Claims

Patentansprüche

(l}\Ventil mit Voreinstellung der Durchflußmenge, ins- -'besondere Thermostatventil für Warmwasserheizungsanlagen, mit einer zylindrischen Gehäusebohrung, deren Grund den Ventilsitz und deren zylindrische Umfangsfläche eine mit einem Anschluß in Verbindung stehende feste Öffnung aufweist, und mit einem Einsatz, der mittels eines von außen betätigbaren Einstellelements drehbar ist und eine einen Ventilraum umgebende Umfangswand aufweist, die stirnseitig unter Federkraft gegen den Grund der Gehäusebohrung anliegt und umfangsseitig eine mit der festen Öffnung zusammenwirkende Steueröffnung begrenzt, die sich vom Grund der Gehäusebohrung über'eine in Umfangsrichtung abnehmende Höhe erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (41) einen bis zum Grund (8) der Gehäusebohrung (9) reichenden Schurz (44) trägt, der die Steueröffnung (42) bis auf mindestens eine verbleibende Durchtrittsöffnung (45) zum Ventilraum (4) hin abdeckt, und daß der Einsatz (14) nur in der Gehäusebohrung geführt und mit dem Einstellelement (15) über eine ein Spiel erlaubende Drehkupplung (38) verbunden ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Durchtrittsöffnung (45) vorgesehen ist, die sich an einem Ende der Steueröffnung (42) befindet.

30
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchtrittsöffnung (45) an demjenigen Ende befindet, an dem die Steueröffnung (42) die größte Höhe (H) hat.
4. Ventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (39) des Einsatzes (14) kurz oberhalb der Steueröffnung (42) endet.
5. Ventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) aus einem anderen Material als das Einstellelement (15) besteht.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Einsatz (14) aus Kunststoff besteht.
7. Ventil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) ein gespritztes, gegossenes oder gepreßtes Formteil ist.
8. Ventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schurz (44) bei gleichbleibendem Innendurchmesser mit abnehmender Höhe (H.) der Steueröffnung (42) dicker wird.
9. Ventil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der Steueröffnung (42) so gewählt ist, daß sich der k -Wert bei einer Drehung des Einsatzes linear ändert.
10.Ventil nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) Axialnuten (36, 37) aufweist, in die axial verlaufende Finger (34, 35) des Einstellelements (15) mit Spiel eingreifen.