DE3405840A1

DE3405840A1 - Ventilsystem zum sperren und durchlassen eines fluidstromes

Info

Publication number: DE3405840A1
Application number: DE19843405840
Authority: DE
Inventors: Heinz Buchs Lampert; Bruno Winterthur Scheiwiller
Original assignee: MPE PRODUKT PLAN AG
Current assignee: Mpe Produkt Plan Ag Zuerich Ch Lampert Heinz B
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1985-08-22

Description

Ventilsystem zum Sperren und Durchlassen eines Fluidstromes

Die Erfindung betrifft ein Ventilsystem zum Sperren und Durchlassen eines Fluidstromes mit einem Hauptventil und einem Steuerteil mit einem Steuerventil, wobei das Hauptventil in Abhängigkeit der Stellung des Steuerteils durch die eigene Energie des Fluidstroms geschaltet und gehalten wird.

Ein gattungsgemäßes auch als Servo- oder Auf-Zu-Ventil zu bezeichnendes Ventilsystem ist in der EP-OS 0 018 566 beschrieben. Auch der Nebenstrom führt von einer Einlauf bohrung über ein Hauptventil zu einer Ausströmöffnung. Der bewegliche Ventil körper des Hauptventils weist einen Kolben auf, in dem eine Feder angeordnet ist, mittels der der bewegliche Ventilkörper gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Durch den Ventil körper führt eine Nebenstrombohrung zu einem durch den Kolben und seinem Zylinder gebildeten Nebenstromraum und eine Deckelst^euerbohrung im Deckel des Zylinders des Kolbens, die durch eine Betätigungsstange verschiebbar ist, über einen Nebenstromkanal zur Ausströmöffnung. Wenn die Steuerbohrung durch die Betätigungsstange geschlossen wird, baut sich im Kolben-Zylinderinnenraum ein dem Eingangsdruck entsprechender Druck auf, der aber am Kolben über eine größere Fläche angreift als der Eingangsdruck der Einlaufbohrung, so daß hierdurch das

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Hauptventil geschlossen wird. Öffnet die Betätigungsstange die Steuerbohrung, sinkt der Druck im Kolben-Zylinderraum ab, da die Flüssigkeit über die Nebenstrombohrung abfließt, bis das Hauptventil durch den größeren Druck der Einlaufbohrung geöffnet wird.

Dieses bekannte Ventilsystem weist einerseits den Nachteil auf, daß durch den gleitenden Kolben bei verunreinigtem zu steuemdemFluid ein Klemmen auftreten kann. Weiterhin bedingt die dort mittels einer Thermostatpatrone extrem langsam öffnende und schließende Steuerbohrung eine sehr lange Übergangszone mit erheblichen Leckverlusten und unstabilem Verhalten, was Meßfehler ergibt, wie auch zu einem Schwingen führen kann, womit Rattergeräusche bei der bekannten Ausgestaltung verbunden sind. Diese extrem langsame Betätigung ist überdies auch sehr schmutzempfindlich. Darüberhinaus sind Magnetventile bekannt, bei denen zumindest in einer Stellung ein permanenter Stromverbrauch zur Aufrechterhaltung der einen Stellung gegeben ist. Bei Magnetventilen, bei denen aber in beiden Zuständen kein Leistungsverbrauch gegeben ist, ist einerseits eine aufwendige Mechanik erforderlich, andererseits wird dann für das Umschalten des Hauptstromes ein erheblicher Leistungsaufwand erforderlich. Insgesamt weisen damit die bekannten Magnetventile einen erheblichen Energiebedarf auf, so daß ein langfristiger Betrieb mittels einer Hilfsbatterie nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventilsystem zum Sperren und Durchlassen eines Fluidstromes zu schaffen, das insbesondere bei Heizungen eingesetzt werden kann und kompakt und einfach ausgebildet ist, darüberhinaus unempfindlich und langzeitstabil ist und bei minimaler Schaltenergie zuverlässig funktioniert, ohne daß zur Aufrechterhaltung der Schaltzustände ein Energieverbrauch erforderlich ist, so daß entweder gar keine oder nur eine kleine billige Hilfsbatterie zum langfristigen Betrieb erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem Ventil zum Sperren und Durchlassen eines Fluidstromes der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß das Steuerteil ein bistabiles Stellglied aufweist, welches in seinen Endlagen keine Energie und zum Umschalten nur eine minimale Energie benötigt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird einerseits zum Umschalten lediglich wenig Energie erfordert, während andererseits der jeweils eingestellte Schaltzustand ohne Zufuhr von Energie aufrecht erhalten bleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß das Stellglied ein mechanisches bistabiles Element aufweist, wobei insbesondere das bi stabile Element eine bi stabile Schnappfedereinrichtung und/oder daß das Stellglied ein bistabiles elektromagnetisches Element aufweist. Bei der elektromagnetischen Ausführung ist als Stellglied ein Elektromagnet vorgesehen, der, soweit er als elektromagnetisches bistabiles Element dienen soll, mit einem Permanentmagneten versehen ist. Ein solcher bistabiler Elektromagnet kann durch Ein- und Ausschalten eines Leistungsstromkreises geschaltet werden, der durch Fernfühler, Wandler und beliebige elektrische Steuersignale geschaltet wird. Das Stellglied kann auch durch vorprogrammierte Steuersignale, durch Zeitgeber oder andere physikalische Geber abgegebene Steuersignale geschaltet werden. Der Anker des Elektromagneten kann mit dem beweglichen Ventilelement, einem Ventildeckel verbunden sein oder ein von diesem separates Teil sein, letzteres wenn das Magnetsystem bistabil ist und der Anker das bewegliche Ventilteil nur in eine Stellung drücken muß, während das Ventilteil in die andere Stellung durch andere Kräfte, wie beispielsweise eine übliche Hilfsfeder genommen wird, wenn das bistabile Magnetsystem die Feder frei gibt. In einer bevorzugten Ausgestaltung mit Schnappfeder ist vorgesehen, daß zwischen der Schnappfeder und dem beweglichen Ventilteil des Ventils ein definiertes Spiel besteht, so daß die Feder bei

der Bewegung über die Spielhöhe eine gewisse Anfangsenergie zum Umschalten des beweglichen Ventilglieds erreicht. Der Sitz des Stößels oder Kolbens kann eine kleine Kontaktfläche aufweisen, wodurch die Selbstreinigung unterstützt wird. Ein geeignetes Material für die Sitzfläche, das die Selbstreinigung weiter unterstützt, ist z.B. eine Polytetrafluoräthylen-Auflage. Die erfindungsgemäß erreichten Vorteile werden dadurch unterstützt, daß das Hauptventil als Membranventil mit einer Membran geringer Steifigkeit ausgebildet ist, wobei in an sich bekannter Weise vorgesehen ist, daß im Hauptventil eine blendenartige Öffnung oder Bohrung zur Gewährleistung einer Neben leitung für den Zweig des Steuerteils ausgebildet ist. Verschmutzungen können insbesondere noch dadurch reduziert werden, daß der blendenartigen Öffnung ein Filter vorgeschaltet ist. Das Filter ist dabei vorzugsweise aus einem nicht ferromagnetisehen Material,beispielsweise als Kunststoff- oder Messinggitter oder als poröses Bronce-Sinterstück ausgebildet, so daß kein Verstopfen der blendenartigen Öffnung durch übermäßige Schmutzablagerung auftreten kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Magnetventil kann beim Steuerventil des Steuerteils eine große Einstelltoleranz gegeben sein, so daß eine Positionierung des beweglichen Ventilteils, welches im allgemeinen als Stößel ausgebildet ist, nicht nötig ist. Durch die Ausgestaltung als Stößel des beweglichen Ventilteils des Steuerventils wird erreicht, daß keine Verschmutzung eintritt, damit eine Verstopfung nicht eintritt sowie wenig Kraft und ein kleiner Hub notwendig ist, um den Durchfluß freizugeben. Durch Einstellung des Flächenverhältnisses von Ventil durch I aß zur blendenartigen Öffnung können bestimmte Zeitkonstanten gewählt werden, innerhalb derer der Durchfluß im Hauptventil freigegeben wird. So können kleine Zeitkonstanten gewählt werden, ohne daß ein schlagartiges Öffnen oder Schließen mit der Gefahr eines Nachschwingens gegeben ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventilsystems zum Sperren und Durchlassen eines Fluidstromes unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen

Venti I systems;

Figur 2 eine vereinfachte, aber dennoch detaillierte

Darstellung eines Venti !systems im Schnitt;

Figur 3 einen Schnitt durch ein konkretes Venti !system

in einem gemeinsamen Gehäuse mit einem Volumenstromregler, der teilweise weggeschnitten ist;

Figur 4 die Darstellung des Magnetsystems der

Figuren 2 und 3; und

Figur 5 die Darstellung einer Schnappfedereinrichtung.

Das erfindungsgemäße VentiIsystem 61 zum Sperren und Durchlassen je eines Flüssigkeitsstromes in einer Heizungsanlage weist ein Hauptventil 62 und ein Steuerteil 63 mit einem Steuerventil auf, welches in der Fig. 1 nur im Prinzip dargestellt ist. Das Hauptventil 62 weist eine Membran 64 auf, die mit ihrem Umfangsrand in der Wand eines äußeren Gehäuses oder einem Einsatzteil (beides in Fig. 1 nicht dargestellt) festgelegt ist. Die Membran 64 ist lediglich in einem Ringbereich, ihrer Walkzone, elastisch und damit eigentlich als Membran ausgebildet, weist in seinem Zentralbereich einen

P Γ¹ Λ O O SAH

starren, plattenförmigen Venti!deckel 71 auf. Dem Venti!deckel 71 ist auf der einem Einlaß 49 zugewandten Seite der Membran 64 ein ringförmiger Ventilsitz 72 zugeordnet bzw. liegt dieser Ventilsitz 72 dem Ventildeckel 71 gegenüber. Der Ventildeckel 71 wird durch eine Ring- oder Spiralfeder 73 gegen den Ventilsitz 72 gedrückt. .Wenn der Ventildeckel 71 auf dem Ventilsitz 72 aufliegt, ist das Hauptventil 62 geschlossen und es findet keine Fluidströmung von dem Einlaß 49 zu einem Auslaß 53 statt.

Vom Einlaß 49 zu einem Raum 55 auf der dem Ventilsitz 72 abgewandten Seite der Membran 64 ist ein Bypass oder eine Nebenleitung oder -verbindung 52 geführt. In gleicher Weise führt von dem Raum 55 zum Auslaß 53 eine Nebenleitung 54. In der Nebenleitung 52, die konstruktiv als Durchlaß durch den Ventildeckel 71 ausgebildet sein kann (hierzu weiter unten), ist eine Öffnung 65 angeordnet, der ein Filter 66 vorgeschaltet ist. Das in der Nebenleitung 54 befindliche Steuerteil 63 weist ein Ventil auf, mittels dessen die Neben leitung 54 vom Raum 55 zum Auslaß 53 geöffnet oder gesperrt werden kann. Der injektorartige Anschluß 67 der Verbindungsoder Nebenleitung 54 zum Auslaß 53 ist derart, daß bei einem Flüssigkeitsfluß vom Einlaß 49 durch das Hauptventil 62 zum Auslaß 53 in der Nebenleitung 54 bzw. in der Ringkammer 60 befindliche Flüssigkeit nach dem Injektorprinzip mitgezogen wird und damit in der Leitung 54 und bei geöffnetem Steuerteil 63 im Raum 55 ein Unterdruck erzeugt wird (Fig. 2).

Sei das Ventilsystem und damit insbesondere das Hauptventil 62 nun geschlossen. Befindet sich vor dem Hauptventil 62 ein Druck P4 und am Ausgang 53 ein Druck P5, der durch den Verbraucher bestimmt ist, und geringer ist als der Druck P4. Bei diesem Schließzustand ist auch das Steuerteil 63 geschlossen. Der Druck P4'im Raum 55 hat sich daher über die Blendenöffnung 65 dem Druck P4 im Einlaß 49 angeglichen. Auf der dem Ventilsitz 72 abgewandten Seite der Membran 64 wirkt daher auf diese neben der Federkraft 73 der Druck P4. Auf der dem Ventilsitz 72

zugewandten Seite der Membran 64 wirken auf die entsprechenden Teilflächen der Membran die Drücke P4 und P5. Da P5 der niedrigste Druck im Gesamtsystem ist, sind die vom Raum 55 her wirkenden Kräfte auf die Membran 64 immer höher als die von der Seite des Ventilsitzes 72 herwirkenden, so daß das Ventil in diesem Fall geschlossen bleibt.

Wird nun durch einen SielIimpuls das Steuerteil 63 mit dem Steuerventil geöffnet, wobei das Steuerventil selbst und der Öffnungsvorgang weiter unten im einzelnen erläutert wird, so fällt der Druck P4¹ in der Kammer ab und schließt mit möglichst geringem Druckgefälle an den Druck P5 am Auslaß 53 an. Aufgrund der Öffnung 65 mit geringerem Querschnitt als am Durchlaß 76 kann die Kammer 55 nicht ausreichend schnell über die Nebenleitung 52 her aufgefüllt werden, so daß eine Druckdifferenz zwischen dem Einlaß 49 mit dem Druck P4 und der Kammer 55 mit dem Druck P4' sich ergibt. Damit kann der Druck P4 auch schon bei einer kleinen Druckdifferenz P4 - P4¹ den Ventildeckel 71 vom Ventilsitz 72 abstoßen und damit das Hauptventil 62 Öffnen. Durch den injektorartigen Anschluß 67 der Nebenleitung 54 an den Auslaß 53 kann im übrigen erreicht werden, daß der Druck P4¹ in der Kammer 55 kleiner ist als der Druck P5 am Auslaß 53, so daß auch nach Öffnen des Hauptventils 62 dieses zuverlässig offen bleibt bzw. offen gehalten wird. Zum Schließen des Ventilsystems 61 und damit des Unterbrechens eines Flüssigkeitsstromes vom Einlaß 49 zum Auslaß 53 wird durch einen Impuls das Steuerventil des Steuerteils 63 geschlossen. Es tritt in der Kammer 55 damit ein Staudruck durch die zunächst vorhandene Druckdifferenz zwischen dem Einlaß 49 mit dem Druck P4 und dem geringerernDruck P4' in der Kammer 55 auf, so daß sich über die Blendenöffnung mit der Zeit der Druck P4¹ in der Kammer 55 dem Druck P4 annähert, bis die Kräfte des Drucks P4¹ in der Kammer 55 und der Feder 73 die entgegengesetzt wirkenden Kräfte der Drücke P4 am Einlaß 49 und P5 am Auslaß auf die Membran 64 überwiegen und damit das Hauptventil 62 geschlossen

-V-

M- 2 Λ Ο 5 S 4 O

wird, wie schon oben erwähnt. Die Feder 73 bedingt schon eine Differenzkraft, auch dann wenn keine Strömung vorhanden ist. Darüberhinaus wird durch die Feder 73 ein Schwingen der Membran 64 unterbunden.

Im folgenden wird nun anhand der Figur 2 das oben prinzipiell dargestellte Ventilsystem in einer schematischen und konstruktiven Ausgestaltung weiter erläutert.

Das gesamte Ventilsystem 61 ist in einem gemeinsamen Gehäuse 31 untergebracht. Der Einlaßraum 49 ist vom Ventilsitz 72 umgeben, der wiederum von einem Teil des Auslasses 53 in Form eines Ringkanals 53' umgeben ist. Über dem Ventilsitz 72 ist die Membran 64 mit dem Ventildeckel 71 angeordnet. Sie wird von der Feder 73 gegen den Ventilsitz 72 gedrückt. Der Figur 2 ist insbesondere zu entnehmen, daß die Nebenleitung 52 vom Einlaß 49 zur Kammer 55 als zentral im Ventildeckel 71 angeordnete Öffnung 65 gebildet wird, wobei der Öffnung 65 das Filter 66 vorgeschaltet ist. Von der Kammer 55 führt ein schmaler Durchlaß 76 zur Nebenleitung 54der Figur 1, die bei der konkreten Ausführungsform der Figur 2 zunächst als weitere Kammer 59, und sodann vor dem Injektoranschluß 67 als Ringkammer 60' ausgebildet ist.

Das Steuerteil 63 mit einem Steuerventil 77, zu dem der Durchlaß 76 gehört ist nun erfindungsgemäß folgendermaßen ausgestaltet. Das Steuerteil 63 weist zunächst eine Regeleinrichtung 78 auf, von der Steuerimpulse Y, die beispielsweise durch Temperaturänderung bzw. Überschreiten oder Unterschreiten gewisser Temperaturgrenzen oder andere Signale bedingt sind ein vorzugsweises bistabiles Magnetsystem 79 beaufschlagen. Von dem bistabilen Magnetsystem 79 wird ein Ventilkolben oder Stößel 81 über einen an ihm befestigten Anker 82 derart bewegt, daß entweder der Durchlaß 76 geschlossen oder geöffnet wird. Befindet sich der Stößel 81 in seiner unteren gestrichelten Stellung, so wird der Durchlaß 76 und damit das Steuer-

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ventil 77 geschlossen, befindet sich der Stößel 81 mit dem Anker 82 in seiner oberen Stellung, so ist der Durchlaß 76 und damit das Steuerventil 77 geöffnet. Damit das Magnetsystem möglichst wenig Energie aufnimmt und lediglich Energie zum Schalten aufnehmen muß, nicht aber zum Halten des Stößels 81 in den beiden Stellungen, ist der Kolben oder Stößel 81 hier mit einer Hilfsfeder 83 verbunden, die an ihrem den Kolben 81 entgegengesetzten Ende auf einer Halterung 84 festgelegt ist. Die Hilfsfeder 83 hat die Aufgabe, das Steuerventil 77 im geschlossenen Zustand mit einer genügenden Kraft (von wenigen Gramm) auf den Ventilsitz zu drücken und damit dicht zu halten. Prinzipiell könnte diese Funktion aber auch ohne Hilfsfeder erfüllt werden, beispielsweise durch einen kleinen zweiten Permanentmagneten am Durchlaß 76, der einen ferromagnetisch ausgebildeten Stößel 81 auf den Ventilsitz zieht. Im Prinzip wird dann das Steuerventil 77 bzw. der Stößel 81 in seine beiden Endlagen (offen und geschlossen) je durch einen kleinen Permanentmagneten gehalten und durch die Magnetpulse beider Richtungen des elektromagnetischen Systems nach oben bzw. nach unten umgeschaltet. Die Hilfsfeder 83 könnte auch als Schnappfeder ausgebildet sein mitjzwei bistabilen Stellungen, die in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt sind und der Öffnung - bzw. der Schließstellung des Steuerventils 77 entsprechen. Wenn das Steuerventil 77 in einer der beiden Stellungen, entweder also der Schließ- oder der Öffnungsstellung ist und in dieser Stellung durch die Schnappfeder 83 gehalten wird, muß das Magnetsystem 79 jeweils lediglich zum Umschalten die Haltekraft der Feder 83 überwinden. Tut das Magnetsystem das, so schnappt die Feder 83 in ihre andere bistabile Stellung um und bringt damit das Steuerventil 77 in seine andere Stellung, also von der Öffnungs- in die Schließstellung oder aber von der Schließ- in die Öffnungsstellung.

Dadurch, daß die Haltefunktion des Ventils 77 in beiden Stellungen entweder durch Hilfsfedern, Schnappfedern oder Permanentmagnete gewährleistet ist, benötigt das Magnetsystem 79 lediglich Energie zum Umschalten,

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nicht aber zum Halten des Steuerventils 77 in einer oder beiden Stellungen. Der gesamte Energieverbrauch ist dabei so gering, daß ein derartiges bi stabiles Heizungsventil mit zwei billigen kleinen Hilfsbatterien der Größe LR6 über ein Jahr betrieben werden kann.

Das Schalten des gesamten Venti !systems 61 erfolgt in der unter Bezugnahme auf die Figur 1 beschriebenen Weise, so daß hierauf nicht weiter eingegangen werden muß.

Eine Ausführungsform eines bistabilen Magnetsystems 79 ist in der Figur 4 dargestellt. Das Magnetsystem 79 weist einen magnetischen Kreis mit einem U-förmigen Joch 86 und den beweglichen Anker 82 auf, der mit dem Stößel 81 (Fig. 2) verbunden ist. Der Steg 87 des Joch 86 ist in üblicher Weise von der Erregerspule 88 umgeben. Während insbesondere das Joch 86 aus weichmagnetischem Werkstoff besteht, ist zwischen den Schenkeln 89 des weichmagnetischen Jochs 86 ein Permanentmagnet 91 eingesetzt. Die magnetischen Feld- und Kraftverhältnisse sind dabei derart getroffen, daß der Permanentmagnet 91 über die beiden Schenkel 89 des Jochs 86 und nicht eingeschalteter Erregerspule 88 den Anker 82 in der in Fig. 4 durchgehend gezeichneten angezogenen Stellung sicher halten, jedoch nicht mehr aus der dort gestrichelt gezeichneten Stellung anziehen kann. Wird nun ein dem durch den Permanentmagneten über den Anker gebildeten magnetischen Kreis entgegenwirkendes Magentfeld durch Einschalten der Erregerspule 88 eingeschaltet, das als Verdrängerfeld gegenüber dem Feld des Permanentmagneten wirkt, so fällt der Anker zumindest vom Joch 89 ab, wobei bei einer Ausgestaltung mit Hilfsfeder das Verdrängerfeld das Permanentmagnet-Feld soweit überwinden kann, daß die Hilfsfeder 83 in ihre der Schließstellung des Ventils 77 entsprechende Stellung gedrückt wird. Prinzipiell reicht es aber aus, daß auf den Anker 82 beispielsweise neben den verschieden erwähnten Magnetfeldern lediglich noch die Gewichtskraft wirkt.

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Wird ein das Permanentmagnet-Feld verstärkendes Feld durch Einschalten der Erregerspule 88 eingeschaltet, so wird der Anker aus der strichpunktiert dargestellten Schließstellung in die durchgezeichnet dargestellte Öffnungsstellung (Fig. 4) gezogen und dabei ggfls. die Kraft einer Schnapp- oder herkömmlichen Feder und/oder die Gewichtskraft überwunden und der Anker auf jeden Fall bei ausgeschalteter Erregerspule 88 in seiner oberen, in Fig. durchgezeichnet dargestellten Stellung gehalten. Zur magnetischen Feldverstärkung weisen die Schenkel 89 eine Querschnittverengung 90 auf.

Es sei hier festgehalten, daß das bistabile Steuerteil beispielsweise auch magnetische und mechanische bistabile Teile oder aber ein mechanisches bistabiles Element (Schnappfeder) mit einem herkömmlichen Magnetsystem oder ein bistabiles Magnetsystem mit einsinnig wirkenden mechanischen Kräften (übliche Feder, Gewichtskraft), aufweisen kann, wobei allerdings die erwähnten Ausgestaltungen bevorzugt sind.

Durch das dargestellte bistabile Steuerteil 63 kann die erläuterte Funktionsweise des Ventilsystems 61 durchgeführt werden, indem lediglich zum Schalten geringe Schaltenergien erforderlich sind, die beiden Schaltzustände aber ohne Energieverbrauch aufrecht erhalten werden.

In der Figur 3 ist das erfindungsgemäße Ventilsystem in einem Gehäuse 31 dargestellt, indem gleichzeitig ein Volumenstromregler 1 untergebracht ist, von dem in der Fig. 3 lediglich zur Veranschaulichung des Anschlusses bzw. der Relativanordnung des erfindungsgemäßen Ventilsystems 61 in Bezug auf diesen Volumenstromregler 1 ein Teil desselben, dieser aber nicht vollständig dargestellt ist. Das Hauptventil 62 des Ventilsystems 61 ist unmittelbar hinter einer von ggfls. mehreren Reglerstufen 16 des Volumenstromreglers 1 angeordnet, wobei der Ventilsitz 72 des Ventilsystems 61 die Fortsetzung eines Ventilsitzes 22 der genannten Reglerstufe 16 bildet,

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die ebenfalls eine federbeaufschlagte Membran 14 mit einem zentralen Venti!deckel 21 aufweist und in einer Patrone 9 eingesetzt ist. Vor dem Ventilsitz 22 der Reglerstufe 16 befindet sich ein Raum 48, in dem ein Druck P3 herrscht, während auf der anderen Seite der Membran 14 ein Druck P2 herrscht. Innerhalb des Ventilsitzes 22 ist eine als Einlaß 49 des Ventilsystems 61 dienende Kammer mit dem entsprechenden Druck P4 gebildet. Das Hauptventil 62 weist wieder, wie schon unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erwähnt, eine flache Membran 64 mit einem zentralen Ventildeckel 71 auf, durch den die Nebenleitung 52 mit der Düse 65 in den Raum 55 führt, wobei der Ventildeckel 71 durch die Feder 73 in Richtung auf den Ventilsitz 72 gedrückt wird. Vom Raum 55, in dem der Druck P4' herrscht, führt über das Steuerventil 77 mit dem Ventilstößel 81 und dem Durchlaß eine Verbindung 54 mit dem Injektoranschluß 67 zum Auslaß 53, in dem der Arbeitsdruck P5 herrscht. Der Stößel 81 ist wiederum mit dem Anker 82 verbunden, der durch das erläuterte Magnetsystem 79 angezogen oder abgestoßen wird und über eine Hilfsfeder 83 bei 84 festgelegt ist.

Das bistabile Ventilsystem kann durch verschiedene Steuerimpulse betätigt werden. Es kann neben dem beschriebenen elektrischen Einaus-Signal auch durch eine mechanische Größe, z.B. die Verschiebung eines Thermostatpatronenelementes mechanisch geschaltet werden. In diesem Fall kann an Stelle des Magnetsystems 79 eine Schnappfedereinrichtung 92, wie in Figur 5 dargestellt, eingesetzt werden. Eine bistabile Schnappfeder 93, wie sie z.B. in Honeywell Microschaltern eingesetzt wird, ist hier in einer Einspannung 94 gehalten. Die Bewegung der Schnappfeder wird nach oben begrenzt durch einen Anschlag 95 und nach unten durch den Steuerventilsitz 80 am Durchlaß 76 auf welchen der am Ende der Schnappfeder angebrachte Stößel 81 bei geschlossenem Ventil aufliegt. Die Schnappfeder 93 wird betätigt durch ein Übertragungselement 96 auf welches der Dehnungsstift einer Thermostatpatrone 97 wirkt. Bei

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Temperaturanstieg dehnt sich diese Thermostatpatrone 97 aus und drückt auf die Schnappfeder, bis diese in ihre Schließlage springt, d.h. sie schlägt den Stößel 81 nach unten auf den Sitz 80. Bei Abkühlung der Thermostatpatrone zieht sich deren Dehnungsstift nach oben zurück und die entlastete Schnappfeder springt in ihre Öffnungslage zurück an den oberen Anschlag 95. Vorzugsweise wird dabei am Stößel ein Spiel 98 vorgesehen, von ZoB. 0.3 mm, so daß die Schnappfeder bei Springen in die andere Lage infolge dieses Spiels zuerst eine gewisse Anfangsenergie erreicht, bevor sie den Stößel mitziehen muß. Dies ermöglicht eine Betätigung der Schnappfedereinrichtung 92 mit minimaler Energie.

Bei Anwendung als Thermostatventil in Heizungen mit einer am Ventilsystem 61 angebrachten Thermostatpatrone als Regeleinrichtung 78 können Temperaturunterschiede am Ventil selber zwischen offenem Zustand (mit Heizwasser von z.B. 90 C) und geschlossenem Zustand (wenn sich das Heizwasser wieder auf Zimmertemperatur abkühlt) zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen im Steuerventil 77 führen, so daß bei gleicher Einstellung der Regeleinrichtung 78 bzw. der Sollwerteinstellung an der Thermostatpatrone im offenen warmen Zustand ein anderer Schaltpunkt an der Schnappfeder 93₁ d.h. eine andere Schalttemperatur, resultiert als bei geschlossenem kalten Ventil. Dieser Schaltpunktunterschied kann z.B. 0.5 - 1 C betragen. Durch Einführung eines Wärmedehnung-Kompensationselementes zwischen Patrone 97 und Steuerteil 63 bzw. Schnappfeder 93 kann dieser Schaltunterschied variiert werden, z.B. durch entsprechende Ausgestaltung des Übertragungselementes 96. Dieser Schaltunterschied kann möglichst klein gemacht werden, er kann aber auch eine gewünschte Größe annehmen, so daß z.B. in kaltem Zustand 0.5 früher eingeschaltet wird als in warmem Zustand des Ventils. Dazu wird das Wärmedehnungs-Kompensationselement bezüglich seiner Dimension und Ausdehnungskoeffizient so gewählt, daß die Differenz zwischen seiner thermischen Ausdehnung und derjenigen der umgebenden

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Halterung und damit auch der Schaltpunktunterschied zwischen warmem und kaltem Ventil eine gewünschte Größe annimmt. Es kann beispielsweise das Wärmedehnungs-Kompensationselement als Übertragungselement 96 aus Polypropylen gefertigt werden.

Im folgenden werden ergänzende Richtlinien zur vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilsystems gegeben.

Die Blendenöffnung 65, auch Bohrung genannt, soll möglichst klein gewählt werden. z.B. mit einem Durchmesser von 0.5 mm, vorzugsweise zwischen 0.3 und 0.6 mm, so daß nur sehr geringe Flüssigkeitsmengen

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durchströmen können. Die Öffnung 65 darf keinesfalls infolge von Schmutzablagerungen vollständig verstopft werden. Dazu wird sie einmal kreisförmig und mit scharfen messerartigen Blendenkanten ausgebildet, wo sich keine Ablagerungen bilden können. Zudem wird der Öffnung 65 noch ein feines Filter 66 vorgeschaltet. Dieses Filter 66 weist im Verhältnis zur geringen durchfließenden Flüssigkeitsmenge eine große Oberfläche auf, so daß es auch nach sehr langer Zeit nicht infolge Verschmutzung vollständig verstopft werden kann. Vorteilhafterweise kann das Filter in zwei Zonen aufgeteilt werden, wobei eine Zone beströmt, die andere nicht beströmt ist. In der beströmten Zone (Richtungspfeil 43) kann eine gewisse Selbstreinigung durch die Strömung erzielt werden, während in der nicht beströmten Zone A nach Figur 2, infolge fast verschwindender Strömungsgeschwindigkeit entsprechend wenig Verschmutzung an das Filter getragen wird. Die Zone A des Filters ist vorzugsweise oben angeordnet, so daß schwere Schmutzteilchen gar nicht mehr mitgezogen werden können. Je nach Art der Verschmutzung kann sich dann die eine oder die andere der beiden Zonen als weniger verschmutzungsanfällig herausstellen. Beide Zonen sind jedoch je so groß, daß sie alleine einen langjährigen genügenden Durchfluß für die kleine Düse 65 sicherstellen. In Abwandlung der in Figur 2

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gezeigten Ausführung mit zwei Falten, kann das Filter 66 auch eine Filteranordnung mit vielen Falten zur Er höhung der Fi lter oberfläche auf kleinem Volumen gewählt werden. Das Filter besteht aus nicht-ferromagnetischem Material, z.B. aus Kunststoffgewebe oder Bronce. Es kann dabei ein sehr dünnes Sinterfilier sein oder ein Fiitergewebe. Die Porengröße des Filters wird vorzugsweise 5- 10mai kleiner gewählt als die Fi lter öffnung.

Die Dimension des Durchlasses 76 am Steuerventil 77 muß deutlich größer gewählt werden als die öffnung 65, der Durchmesser des Durchlasses 76 liegt vorzugsweise zwischen 1 und 2mm, womit z.B. ein Flächenverhältnis von Durchlaß 76 zu Blendenöffnung 65 von 5 b«s 10 entsteht. .

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in geeigneten Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsforrnen wesentlich sein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Ventilsystem zum Sperren und Durchlassen eines Fluidstromes mit einem Hauptventil und einem Steuerteil mit einem Steuerventil, wobei das Hauptventil in Abhängigkeit der Stellung des Steuerteils durch die eigene Energie des Fluidstroms geschaltet und gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (63) ein bistabiles Stellglied (79, 81, 82, 83) aufweist, welches in seinen Endlagen keine Energie und zum Umschalten nur eine minimale Energie benötigt.

2. Venti!system nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein mechanisches bistabiles Element, z.B. eine Schnappfedereinrichtung (92) aufweist.

3. Venti!system nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bistabile Element eine bistabile Schnappfeder (93), einen Ventilstössel (81), einen Ventilsitzanschlag (80) und einen weiteren Anschlag (95) sowie ein Übertragungselement (96) aufweist.

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4. Ventilsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j daß das Stellglied ein bistabiles elektromagnetisches Element (79, 82) aufweist.

5. Venti!system nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen umschaltbaren Elektromagneten (79) und einen Permanentmagneten (91) aufweist.

6. Ventilsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anker (81, 82) des bistabilen elektromagnetischen Elements (79) als federbelasteter Ventildeckel (81, 82) des Steuerventils (77) ausgebildet ist.

7. Ventilsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (77) einen Ventilstössel (81) aufweist, welcher einem Durchlass (76) zugeordnet ist.

8. Ventilsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schnappfeder (93) und dem beweglichen Ventilstössel (81) des Steuerventils (77) ein definiertes Spiel besteht, so daß die Feder bei der Bewegung über die Spielhöhe eine gewisse Anfangsenergie zum Umschalten des beweglichen Ventilstössels (81) erreicht.

9. Ventilsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil als Membranventil (62) mit einer Membrane (64) geringer Steifigkeit ausgebildet ist.

10. Ventilsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptventil (62) eine blendenartige Öffnung (65) zur Gewährleistung einer Nebenleitung (52, 54, 55) für den Zweig des Steuerteils (63) ausgebildet ist.

11. Ventilsystem nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis von Durchlass (76) zur blendenartigen Öffnung (65) zwischen 5 und 10 liegt.

12. Venti!system nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnung (65) ein Filter (66) vorgeschaltet ist.

13. Ventilsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter als Zwei zonenfi lter ausgebildet ist und aus nicht ferromagnetischem Material besteht.

14. Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (63) ein Wärmedehnungskornpensationselement (96) aufweist.

15. Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmelder vorgesehen ist, beispielsweise bestehend aus einem Reed-Schalter am Gehäuse und einem Permanentmagneten am Ventildeckel (71) des Hauptventils.

16. Ventilsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen injektorartigen Anschluß (67), der. vom Steuerteil in den Abfluß (53) des Hauptstroms führt.