-
Thermostatventil
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermostatventil gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Derartige Thermostatventile sind bekannt.
-
So ist bspw. aus dem Katalog Heizung, Klima und Sanitär 77/78" der
Fa. Danfoss (Druckkode VK. oo. Al. o3; 1976) Seite 141 ein thermostatisches Klimaventil
des Typs KOVS entnehmbar, welches zwei Ventilöffnungen aufweist, wobei zwei verschiedene
Heiz- und/oder Kühlmedien durch zwei Eingangsanschlüsse einströmen und entsprechend
der Stellung der beiden, jeweils einem Eingangsanschluß zugeordneten Ventilöffnungen
gemischt werden und durch einen Ausgangsanschluß ausströmen. Dabei sind die beiden,
den Ventilëffnungen zugeordneten Dichtungskegel,
welche jeweils
eine Dichtungsfläche aufweisen, auf einer -gemeinsamen Spindel befestigt, welche
von einem (nicht dargestellten) thermostatischen Element verschiebbar ist . Dabei
soll unterhalb einer "Neutralzone" die eine Ventilöffnung durchlässig sein und oberhalb
Jeweils die andere.
-
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Thermostatventil
zu schaffen, welches einen wahlweise durch einen Wärmetauscher fließenden Kühl-
oder Heizmittelstrom derart regelt, daß bei Fließen des Kühlmittelstroms eine Temperaturbegrenzung
des vom Wärmetauscher beaufschlagten Volumens auf eine Mindesttemperatur, und bei
Fließen des Heizmittelstromes auf eine Maximaltemperatur erfolgt.
-
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird ein Thermostatventil nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1 gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 ausgestaltet.
-
Ein derartiges Thermostatventil kann in vorteilhafter Weise fttrdie
raumweise Temperaturregelung in einem Gebäude verwendet werden, welches zumindest
teilweise durch eine Wärmepunpe beheizt wird. Eine Wärmepumpe kann mit geringem
Installationsaufwand so geschaltet werden, daß sie während der warmen Jahreszeit
auch Wärme aus dem Gebäude hinauspumpt, webei die auch zur Beheizung benutzten Wärmetauscher
verwendet werden können. Um eine Unterkühlung der einzelnen Räume zu vermeiden,
kann ein dem Wärmetauscher vorgeschaltetes erfindungsgemäßes Thermostatventil in
einfachster
Weise von Hand, oder vorzugsweise elektromechanisch angetrieben, gleichzeitig mit
der Wärmepumpe von Heiz- auf Kühlbetrieb umgestellt werden.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführung dieses Thermostatventils ist
dabei so dimensioniert, daß die gewünschte Temperatur durch Verdrehen des Temperaturwahlkopfes
gewählt wird, während die Umstellung von Heizbetrieb (Temperaturbegrenzung nach
oben) auf Kühlbetrieb (Temperaturbegrenzug nach unten) durch axiales Verschieben
des Temperaturwahlknopfes, bzw. des ganzen Thermostatkopfes vorgenommwn wird. Dabei
stimmen die Begrenzungstemperaturen im Heiz- und im Kühlbetrieb überein.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt im Einzelnen in Fig. 1 ein schematisches Schnittbild eines manuell
verstellbaren Ausführungsbeispiels eines Thermostatventils, Fig. 2 ein schematisches
Schnittbild eines wahlweise elektromotorisch verstellbaren Ausführungsbeispiels
eines Thermostatventils.
-
In Fig.1 ist ein Geradsitz-Durchgangsventil mit thermostatischer Steuerung
in schematischer Darstellung im Schnitt wieaergegeben. Dabei weist der Ventilkörper
1 zwischen einer Eingangsöffnung 2 und einer Ausgangsöffnung 3 in Durchflußrichtung
hintereinander liegende
Ventilöffnungen 4, 5 auf, deren Dichtflächen
6, 7 einander zugewandt sind und in das Material des Ventilkörpers 1 eingearbeitet
sein können. Zwischen den beiden Ventilöffnungen 4, 5 befindet sich ein Dichtungskegel
8, welcher auf den beiden auf die Ventilöffnungen 4, 5 gerichteten Seiten Gegendichtflächen
9, 10 zu den Dichtflächen 6, 7 der beiden Ventilöffnungen 4, 5 aufweist. Der Dichtungskegel
8 ist mittels einer Spindel 11 zwischen den beiden Dichtflächen 6, 7 verschiebbar
und kann wahlweise eine der beiden Ventilöffnungen 4, 5 verschließen. Zwischen den
beiden Stellungen des Dichtungskegels 8, in welchen jeweils eine der beiden Ventilöffnungen
4, 5 verschlossen ist, existiert für den Dichtungskegel 8 zumindestens eine Stellung,
vorzugsweise ein Stellungsbereich, in welchem ein das Ventil durchströmendes Medium
eine maximale Durchflußrate erreicht, d. h., das Ventil einen minimalen Strömungswiderstand
aufweist.
-
Der Ventilkörper 1 weist weiterhin eine ringförmige Anformung 12 mit
einem außenliegenden Gewinde 13 auf, welche um die dem Ventilkörper 1 durchstoßende
Spindel 11 angeordnet ist. Die ringförmige Anformung 12 dient der Befestigung und
Verstellung eines in bekannter Weise aufgebauten Thermostatkopfes 14. Dabei besteht
der Thermostatkopf 14 aus einem manuell bedienbaren TemperaturwahNknopf 15, welcher
bspw. mit einem Innengewinde 16 auf dem Außengewinde 13 der ringförmigen Anformung
12 verdrehbar angebracht ist. In diesem Temperaturwahlknopf 15ist als Temperaturfühler
ein
Ausdehnungskörper 17 befestigt, welcher gegebenenfalls eine
dem Ventil abgewandte Vorderseite 18 des Temperaturwahlknopfes 15 durchstößt, um
einen möglichst guten Wärmekontakt mit dem umgebenden Medium zu ermöglichen. Der
Ausdehnungskörper 17 ist mit der Spindel 11 für in Richtung der Spindelachse wirkende
Kräfte kraftschlüssig verbunden.
-
Der Temperaturwahlknopf 15 ist mittels des Innengewindes 16 auf dem
Außengewinde 13 der ringförmigen Anformung 12 um mindestens zwei volle Umdrehungen
verdrehbar; durch diese Drehung sowie durch die Volumenänderung des Ausdehnungskörpers
17 werden auf die Spindel Kräfte ausgeübt, so daß die Spindel 11 und damit auch
der Dichtungskegel 8 verschoben werden. Die Drehung des Temperaturwahlknopfes 15
ist dabei, beispielsweise durch obere und untere Ausformungen 19, 20 an der ringförmigen
Anformung 12 unter- und oberhalb des Außengewindes 12 begrenzt.
-
Ein derartiges Ventil mit zwei Ventilöffnungen 4, 5 kann in Abhängigkeit
von der Stellung des Temperaturwahlknopfes 15, und damit auch von der Stellung des
Dichtungskegels 8 eine Temperatur eines den Thermostatkopf 14 umgebenden Mediums
nach oben (zu höheren Temperaturen), oder aber nach unten (zu tieferen Temperaturen)
begrenzen. Wobei im Sinne der Erfindung auch Ventile mit anders aufgebauten Ventilöffnungen
4, 5 verwendbar sind. Wesentlich dabei ist nur die Möglichkeit der thermostatischen
Steuerung sowie die Anordnung zweier in Gegenrichtung arbeitender hintereinander
geschalteter Ventile. Diese Anordnung kann also bspw. einem Wärmetauscher in einem
Gebäude vorgeschaltet werden, welches, zumindest unter anderen, mittels einer Wärmepumpe
beheizt, bzw. gekühlt wird. Wird bei tiefen Außentemperaturen im Gebäude geheizt,
wird ein entsprechend installiertes Thermostatventil nach der vorliegenden Erfindung
so eingestellt, daß der
Dichtungskegel 8 die untere Ventilöffnung
5 beaufschlagt, d. h. die vom Thermostatkopf weggerichtete Gegendichtfläche 10 des
Dichtungskegels 8 arbeitet mit der Dichtfläche 7 der unteren Ventilöffnung 5 zusammen.
-
Erhöht sich dann die Temperatur des den Thermostatkopf 14 umgebenden
Mediums, dehnt sich der Ausdehnungskörper 17 aus und die Ventilöffnung 5 wird durch
Verschieben des Dichtungskegels 8 über die Spindel 11 mehr oder weniger geschlossen,
so daß die Durchflußrate des Heizmediums durch das Ventil verringert wird.
-
Bei geeigneter Auslegung der einzelnen Komponenten des Thermostatventil
ist damit eine relativ genaue Temperaturregelung zu erreichen.
-
Die weitere Funktion des erfindungsgemäßen Thermostatventils kann
bei hohen Außentemperaturen eingesetzt werden. Wird die Wärmepumpe in geeigneter
Weise umgeschaltet (Wärme wird aus dem Gebäude hinausgepumpt), so kann das Thermostatventil
und der daran angeschlossene Wärmetauscher von einem Kühlmedium durchströmt werden.
Wird nun das Thermostatventil durch entsprechendes Verdrehen des Temperaturwahlknopfes
15 so umgestellt, daß der Dichtungskegel 8 mit dem dem Thermostatkopf 14 zugewandten
Gegendichtfläche 9 mit der Dichtfläche 6 der oberen Ventilöffnung 4 zusammenarbeitet,
so wird die Temperatur des den Thermostatkopf 14 umgebenden Mediums nach unten begrenzt.
Dies geschieht dadurch, daß sich der Ausdehnungskörper 17 mit sinkenden Temperaturen
zusammenzieht und sich durch VerschIeben des Dichtungskegels 8 über die Spindel
11 die Ventilöffnung 4 mehr oder weniger schließt.
-
Der Thermostatkopf 14 ist nun so ausgelegt, daß der Temperaturwahlknopf
15 um mehrere, mindestens zwei volle Umdrehungen verstellt werden kann, wobei der
Verstellbereich durch als Anschlägeaisgebildete Ausformungen 19, 20 an der ringfömigen
Anformung 12 des Ventilkörpers 1 begrenzt ist. Dabei dient die jeweils dem Anschlag
vorangehende Umdrehung der Vorwahl der gewünschten Temperatur, wobei die Umdrehung
vor dem oberen Anschlag (Ausformung 19) für eine Temperaturbegrenzung nach unten,
und die Umdrehung vor dem unteren Anschlag (Ausformung 20) für eine Temperaturbegrenzung
nach oben wirkt. Durch entsprechende Dimensionierung der Teile des Ventils wird
erreicht, daß eine gegebenenfalls vorhandene Eichung des Temperaturwahlknopfes 15
für die Jeweils einzustellende Temperatur in beiden Einstellbereichen übereinstimmt.
-
Zwischen diesen beiden Einstellbereichen, die jeweils maximal eine
volle Umdrehung des Temperaturwahlknopfes 15 umfassen, liegt ein neutraler Einstellbereich,
der vorzugsweise eine oder mehrere volle Umdrehungen umfaßt und in welchem der Dichtungskegel
8 zwischen den beiden Ventilöffnungen 4, 5 eine Stellung einnimmt, die einen minimalen
Durchflußwiderstand erzeugt. Die Umstellung eines derartigen Thermostatventils von
Heizauf Kühlbetrieb oder umgekehrt geschieht demnach, indem der Temperaturwahlknopf
15 von eingestellten Wert über den neutralen Bereich bis zum Endanschlag gedreht
wird. Danach wird er in entgegengesetzter Richtung bis maximal zu einer vollen Umdrehung
auf den gewünschten Temperaturwert zurückgestellt.
-
In Fig. 2 ist ein weiteres schematisch dargestelltes Schnittbild eines
Thermostatventils wiedergegeben, welches im Inneren des Ventilkörpers 1 identisch
wie bei Fig. 1 aufgebaut ist. Auf eine Wiederholung der Beschreibung dieses Teils
der Darstellung wird daher verzichtet.
-
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Thermostatventil weist der Ventilkörper
1 ebenfalls eine ringförmige Anformung 12 auf, welche um die Spindel 11 herum angeordnet
ist. Diese ringförmige Anformung 12 weist auf ihrer Außenseite eine Gleitfläche
12 auf. Ein ringörmiges Element 22 mit einem Außengewinde 23 und einer innenliegenden
Gleitfläche 24 ist derart über die ringförmige Ausformung 12 des Ventilkörpers 1
geschoben, daß die innenliegende Gleitfläche 24 mit der außenliegenden Gleitfläche
21 flächig in Kontakt ist, und das ringfömige Element 22 in Richtung der Spindel
11 verschiebbar ist. Um ein vollständiges Abziehen des ringförmigen Elementes 22
von der ringförmigen Anformung 21 zu vermeiden, ist eine geeignete Begrenzung des
Schiebebereiches vorgesehen. Eine derartige Begrenzung kann bspw. durch eine oder
mehrere Nasen 25 realisiert sein, welche am ringörmigen Element 22 auf der innenliegenden
Gleitfläche 24 angeformt sind; diese Nasen 25 greifen in entsprechende in Richtung
der Spindel 11 angeordnete Schlitze 26 in der Gleitfläche 21 auf der Außenseite
der ringförmigen Anformung 12 ein, wobei die Schlitzlänge entsprechend dem gewünschten
Verschiebebereich durch einen oberen Anschlag 27 und einen unteren Anschlag 28 begrenzt
ist.
-
Auf dem Außengewinde 23 des ringförmigen Elementes 22 ist der Thermostatkopf
14 drehbar gelagert, wobei dieser wie in Fig. 1 aus einem Temperaturwahlknopf 15
mit einem Innengewinde 16 und mit einem eingebauten Ausdehnungskörper 17 besteht,
welcher die Spindel 11 beaufschlagt. Der Drehbereich des Temperaturwahlknopfes 15
ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise auf eine volle Umdrehung oder weniger
begrenzbar und dient nur zur Einstellung der gewünschten Temperatur. Diese Umstellung
des Thermostatventils von Heiz- auf Kühlbetrieb, bzw. umgekehrt, findet dagegen
durch Verschieben des gesamten Thermostatkopfes 14 in Richtung der Spindel 11 statt,
wobei die Temperatureinstellung jeweils erhalten bleibt.
-
Die den Stellungen Heiz-, bzw. Kühlbetrieb zugeordneten Ventilstellungen
sind dabei äquivalent wie bei Fig. 1 beschrieben.
-
Durch die getrennten Einstellvorgänge für die Temperaturwahl und die
Heiz-/Kühlbetrieb-Umschaltung ist das Thermostatventil nach Fig. 2 besonders für
eine elektromechanische, fernsteuerbare Umschaltung zwischen Heiz-und Kühlbetrieb
geeignet. Dazu kann bspw. eine im Ventilkörper 1 geführte Zahnstange 29 dem zum
Ventilkörper 1 weisenden Rand des ringförmigen Elementes 22 verbunden sein, welche
Zahnstange 29 in Verschieberichtung weist. Diese Zahnstange 29 wird über einen Elektromotor
mit einem Untersetzungsgetriebe betätig;+ welches vorzugsweise im Innern des Ventilkörpers
1 in einem Hohlraum 30 oder in einer entsprechenden Ausformung angebracht ist. In
Fig. 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Zahnrad 31 des Unter-
setzungsgetriebes
dargestellt, welches in Eingriff mit der Zahnstange 29 steht. Durch entsprechende
Ansteuerung des Elektromotors (zwei Drehrichtungen) ist dann das Thermostatventil
zwischen Heiz- und Kühlbetrieb umstellbar.
-
Ein Thermostatventil, wie anhand von Fig. 1 und 2 beschreiben, kann
in besonders vorteilhafter Weise in Verbindung mit Wärmetauschern verwendet werden,
welche wahlweise mit einem Heiz- oder Kühlmedium beaufschlagt werden, um die Temperatur
eines durch den Wärmetauscher beeinflußten umgebenden Medium zu begrenzen. Dabei
kann in einem von einer Wärmepumpe zumindest teilweise beheizbaren Gebäude eine
Möglichkeit vorgesehen werden, die Wärmepumpe von Heiz- auf Kühlbetrieb umzustellen,
d. h. bei niedrigen Außentemperaturen wird Umgebungswärmeenergie in das Gebäude
gepumpt, während bei hohen Außentemperaturen dem-Gebäude Wärme entzogen und im Freien
oder in einem Speicher (z. B. Brauchwasser) abgegeben wird. Durch das, den Wärmetauschern
vorgeschaltete Thermostatventil ist dann eineTemperaturbegrenzung im Innern des
Gebäudes möglich, und zwar bei Wärmeentzug eine Temperaturbegrenzung auf einen untern
Wert und bei Heizbetrieb auf einen oberen Wert. Dabei können die Thermostatventile
gleichzeitig mit der Wärmepumpe zwischen Heiz- und Kühlbetrieb, vorzugsweise automatisch
in Abhängigkeit von der Außentemperatur umgestellt werden.
-
Bezugszeichenliste 1 Ventilkörper 2 Eingangsöffnung 3 Ausgangsöffnung
4 Ventilöffnung 5 Ventilöffnung 6 Dichtfläche von 4 7 Dichtfläche von 5 8 Dichtungskegel
9 Gegendichtfläche von 8 zu 4 10 Gegendichtfläche von 8 zu 5 11 Spindel 12 ringförmige
Anformung zu 1 13 Außengewinde zu 12 14 Thermostatkopf 15 Temperaturwahlknopf 16
Innengewinde von 15 17 Ausdehnungskörper 18 Vorderseite von 15 19 Ausformung an
12 20 Ausformung an 12 21 Gleitfläche von 12 22 ringförmiges-Element 23 Außengewinde
von 22 24 innenliegende Gleitfläche von 22 25 Nasen an 22 26 Schlitze in 12 27 oberer
Anschlag in 26 28 unterer Anschlag in 26 29 Zahnstange 30 Hohlraum in 1 31 Zahnrad