DE3637197A1 - Mehrwegeventil, insbesondere mischventil fuer heizungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil, insbeson­ dere Mischventil für Heizungsanlagen mit einem Gehäuse, das wenigstens zwei Zulaufstutzen, eine Mischkammer und wenigstens einen mit der Mischkammer verbundenen Ablaufstutzen aufweist, und mit einer über eine Schaltwelle von außen betätigbaren Stellvorrichtung, durch die die Strömungsquerschnitte zwischen den Zulaufstutzen und der Mischkammer einstellbar sind.

Derartige Mehrwegeventile dienen in Heizungsanlagen zur gere­ gelten Einstellung der Heizungsvorlauftemperatur durch Mischen des Kesselvorlaufwassers mit dem Heizungsrücklaufwasser. Her­ kömmliche Mischventile haben in der Regel eine zylindrische Mischkammer, von der die Zu- und Ablaufstutzen etwa radial abgehen. Als Stellglied dient entweder eine auf der Zylinder­ achse drehbar gelagerte Stellklappe oder ein hohlzylindrisches und mit Wandöffnungen versehenes Hahnküken. Bei diesen bekann­ ten Mischventilen müssen mehrere, unter Winkeln zueinander verlaufende und teilweise gekrümmte Paßflächen zwischen den stationären Ventilkomponenten und dem wenigstens einen sich drehenden Stellglied hergestellt werden, um die für das Misch­ ventil angestrebte Dichtheit zu erreichen. Selbst geringe Fluchtfehler und Unebenheiten vor allem im Bereich der ge­ krümmten Paßfläche beeinträchtigen wesentlich die Dichtheit der bekannten Mischventilausführungen. Ursächlich für Leck­ ströme und Undichtheiten sind nicht nur Herstellungs- und Einbautoleranzen der relativ zu einander beweglichen Komponen­ ten und deren Paßflächen sondern auch im Betrieb auftretende Verschleiß-, Erosions- und Korrosionserscheinungen. Die her­ kömmlichen Mischventile sind daher selbst bei erheblichem Herstellungs- und Einbauaufwand störungsanfällig und damit wartungsaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Mehrwegeventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es einfach herzustellen und zusammenzubauen ist und eine hohe Verschließ­ festigkeit und Dichtheit hat, so daß über es Betriebszeiten wartungsfrei arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stellvorrichtung zwei mit Öffnungsprofilen versehene Dicht­ scheiben aufweist, die an feinstbearbeiteten ebenen Dichtflä­ chen in Gleitkontakt gehalten sind, daß die erste Dichtscheibe durch je einen Zulaufstutzen gespeiste, getrennte Eintritts­ kammern begrenzt und stationär im Gehäuse angeordnet ist und daß die zweite Dichtscheibe federnd an die erste Dichtscheibe angedrückt und mit der Schaltwelle drehfest gekuppelt ist.

Anstelle der an Stellklappen von herkömmlichen Mischventilen vorhandenen vier winklig zueinander verlaufenden Paßflächen ist bei der Erfindung nur eine, in einer Ebene verlaufende Paßfläche zwischen den beiden Dichtscheiben notwendig. Die Dichtheit im Bereich dieser einen ebenen Paßfläche ist durch geeignete Oberflächen-Feinstbearbeitung gewährleistet. Eine Beeinflussung der Dichtwirkung durch Fluchtfehler der Schalt­ wellenlagerung ist nicht zu befürchten, da selbst eine im Rahmen üblicher Toleranzen liegende radiale Verschiebung der Schaltwelle gegenüber der Achse der stationären Dichtscheibe keine Verschränkungskräfte oder Verschleißbeanspruchungen zwischen den Scheiben hervorruft. Die beiden Dichtscheiben brauchen nicht mit zylindrischen Führungsflächen des Gehäuses gepaßt zu werden. Neben den planparallelen, aufeinander glei­ tenden Dichtflächen der beiden Dichtscheiben genügt eine nur auf Druck beanspruchte Dichtung zwischen der stationären Dichtscheibe und deren Gehäusesitzfläche.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die sta­ tionäre erste Dichtscheibe einer ebenen, ringförmig umlaufen­ den Gehäuseschulter und einem etwa radial verlaufenden Gehäu­ sesteg über eine Dichtung, vorzugsweise eine Gummidichtung, aufgesetzt ist und daß der Gehäusesteg eine Trennwand zwischen den Eintrittskammern bildet.

Die Dichtscheiben bestehen vorzugsweise aus Oxidkeramik, kön­ nen aber auch aus Sintermetall hergestellt sein. Oxidkerami­ sche Werkstoffe zeichnen sich durch Korrosions- und Erosions­ beständigkeit und extrem hohe Verschleißfestigkeit aus.

In bevorzugter Ausführung ist die Mischkammer durch eine Ge­ häuseöffnung zugänglich, die axial mit den Dichtscheiben ausge­ richtet und eine wenigstens dem Durchmesser der Dichtscheiben entsprechende Weite hat. Diese Gehäuseöffnung ist durch einen Deckel druckdicht verschlossen, durch den die Schaltwelle axial durchgeführt ist. Die drehbare zweite Dichtscheibe ist dabei durch eine am Verschlußdeckel abgestützte Druckfeder an die erste Dichtscheibe angedrückt. Die Feder ist so bemessen, daß ihre auf die drehbare zweite Dichtscheibe wirkende axiale Druckkraft größer als der maximale Differenzdruck zwischen den Eintrittskammern und der Mischkammer ist. Insbesondere bei der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils als Mischventil für Heizungsanlagen ist es zweckmäßig, daß ein Zulaufstutzen mit der Achse der Schaltwelle ausgerichtet ist und der Ablaufstutzen und der andere Zulaufstutzen quer zur Schaltwellenachse koaxial im Gehäuse angeordnet sind. Ein solches Mischventil läßt sich in Anpassung an die Richtung der Medienströme bei gleichbleibenden Anschlußmaßen um 180° drehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Mischventils für Heizungsanlagen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch das Mischventil in der Ebene der Schaltwellenachse;

Fig. 2A, B und C Draufsichten auf einen Mitnehmer und die beiden Dichtscheiben der in Fig. 1 ge­ zeigten Stellvorrichtung; und

Fig. 3A, B und C Schnittansichten in Richtung der Pfeile A-A, B-B und C-C der Fig. 2A bis C.

Das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Dreiwegemischventil hat ein Gehäuse 1, eine als Ganze mit 2 bezeichnete Stellvorrich­ tung, die über eine Schaltwelle 3 von außen betätigbar ist, und einen den Gehäuseinnenraum nach außen druckdicht ab­ schließenden Verschlußdeckel 4, durch den die Schaltwelle 3 axial durchgeführt ist.

Das Gehäuse 1 hat zwei Zulaufstutzen 10 und 11, die jeweils in eine Eintrittskammer 12 und 13 münden, und einen mit einer Mischkammer 14 verbundenen Ablaufstutzen 15. Die beiden Ein­ trittskammern 12 und 13 sind durch einen Gehäusesteg 16 von­ einander getrennt.

Die Stellvorrichtung 2 weist zwei in den Fig. 2 und 3 dar­ gestellte, mit Öffnungsprofilen versehene Dichtscheiben 21 und 22 und einen mit der Schaltwelle 3 drehfest verbundenen Mit­ nehmer 23 auf. Die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen Querschnittsprofile der beiden Dichtscheiben sind in den Fig. 2A (erste Dichtscheibe) und 2B (zweite Dicht­ scheibe) dargestellt.

Die erste, einlaßseitige Dichtscheibe 21 ist stationär im Gehäuse 1 angeordnet. Sie ist an der den beiden Eintrittskam­ mern 12 und 13 zugewandten Seite geschliffen und über eine planare Gummidichtung 24 abgedichtet einer ebenen Gehäusesitz­ fläche aufgesetzt. Letztere besteht aus einer Ringschulter 17 und dem in derselben Ebene endenden Gehäusesteg 16 besteht. Die als Regelscheibe dienende, drehbare zweite Dichtscheibe 22 ist über den Mitnehmer 23 drehfest mit der Schaltwelle 3 ge­ kuppelt. Die beiden Dichtscheiben 21 und 22 weisen jeweils eine feinstbearbeitete (geläppte) ebene Dichtfläche 211 bzw. 221 auf (Fig. 3), die in der in Fig. 1 dargestellten Einbau­ lage in einer Dichtebene 25 in Gleitkontakt stehen.

Der Mitnehmer 23 ist mit einem auf der Achse 30 der Schaltwel­ le angeordneten Zentrierzapfen 230 versehen, der in axiale Bohrungen 210 und 220 der beiden Dichtscheiben 21 und 22 ein­ greift und die Dichtscheiben in geeigneter Weise auf der Achse 30 zentriert. Der Mitnehmer 23 greift mit in Fig. 3C darge­ stellten Klauen 232 in Ausnehmungen 222 der als Regelscheibe dienenden zweiten Dichtscheibe 22 formschlüssig ein. Eine Druckfeder 6, die sich am Deckel 4 abstützt, drängt den Mit­ nehmer 23 gegen die zweite Dichtscheibe 22 und letztere über die Dichtebene 25 gegen die darunterliegende erste Dichtschei­ be 21. Der Federdruck ist so bemessen, daß er größer als der zwischen den Eintrittskammern 12 und 13 und der Mischkammer 14 maximal herrschende Differenzdruck ist, so daß die satte Anla­ ge zwischen den planparallelen Dichtflächen 211 und 221 auch bei unterschiedlichen Differenzdrücken nicht aufgehoben werden kann.

In Fig. 2 sind die Querschnittsprofile der als Einlaßscheibe dienenden ersten Dichtscheibe 21, der als Regelscheibe dienen­ den zweiten Dichtscheibe 22 und des Mitnehmers 23 gezeigt. Die erste Dichtscheibe 21 hat bei dem beschriebenen Ausführungs­ beispiel zwei nierenförmige Öffnungen 212 und 213, die in der Einbaulage der stationären ersten Dichtscheibe mit jeweils einer Eintrittskammer 12 bzw. 13 ausgerichtet sind. Die zweite Dichtscheibe hat einen Öffnungssektor 223, dessen Öffnungswin­ kel etwas kleiner als 180° ist. Er ist so bemessen, daß er in den um jeweils 180° versetzten Extremstellungen die eine oder andere der nierenförmigen Durchgangsöffnungen 212 und 213 in der ersten Dichtscheibe zur Verbindung der zugehörigen Ein­ trittskammer 12 bzw. 13 mit der Mischkammer 14 vollständig freigibt. In den kontinuierlich einstellbaren Zwischenstellun­ gen die nierenförmigen Öffnung 212 und 213 der Einlaßscheibe 21 zur Erzielung des gewünschten Mischeffekts durch die Regel­ scheibe 22 teilweise abgedeckt. Der Mitnehmer hat gemäß Fig. 2C eine etwa halbkreisförmige Gestaltung, so daß er den Win­ kelsektor 223 der mit ihm drehfest verbundenen zweiten Dicht­ scheibe 22 nicht einengt.

Der Deckel 4 verschließt eine Gehäuseöffnung 18, deren Weite größer als der Durchmesser der beiden Dichtscheiben 21 und 22 ist, so daß letztere bei der Montage problemlos durch die Öffnung 18 und die Mischkammer 14 in die in Fig. 1 darge­ stellte Sollstellung eingesetzt werden können. Die Mittel zur drehfesten Kupplung des Mitnehmers 23 mit der Schaltwelle 3 sowie dessen Wellendichtungen sind herkömmlicher Ausführung und in der Zeichnung nicht dargestellt.

Der Zulaufstutzen 11 ist koaxial mit der Achse 30 der Schalt­ welle 3 angeordnet. Der andere Zulaufstutzen 10 und der Ab­ laufstutzen 15 sind koaxial zueinander auf einer Querachse 19 angeordnet, die in einer Ebene mit und rechtwinklig zu der Schaltachse 30 verläuft. Der Zulauf 10 und der Ablauf 15 kön­ nen daher entsprechend den Einbauanforderungen der Heizungsan­ lage beliebig angeschlossen werden, ohne daß sich die Posi­ tionen der Schaltwellendurchführung und die Einbaulage des anderen Zulaufstutzens 11 ändern. Wie in Fig. 1 durch Pfeile P 1 und P 2 gezeigt, werden die Medienströme durch die beiden Eintrittskammern zur Schaltachse 30 auf die Stellvorrichtung 2 gerichtet. Die mit dem Zulaufstutzen 10 verbundene Eintritts­ kammer 12 hat in Strömungsrichtung (P 1) ein etwa U-förmiges Profil, während die Strömungsrichtung aus dem zweiten Zulauf­ stutzen 11 durch die Eintrittskammer 13 im wesentlichen unver­ ändert bleibt.

Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Ausführung eines Misch­ ventils mit zwei Zulaufstutzen können auch weitere Zulaufstut­ zen vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise ähnlich dem Zulauf­ stutzen 10 radial in das Gehäuse 1 münden und über ebenfalls U-förmig profilierte Eintrittskammern mit der Unterseite der Einlaßscheibe 21 in Verbindung stehen.

Claims (14)

1. Mehrwegeventil insbesondere Mischventil für Heizungsan­ lagen, mit einem Gehäuse, das wenigstens zwei Zulaufstutzen, eine Mischkammer und wenigstens einen mit der Mischkammer verbundenen Ablaufstutzen aufweist, und mit einer über eine Schaltwelle von außen betätigbaren Stellvorrichtung, durch die die Strömungsquerschnitte zwischen den Zulaufstutzen und der Mischkammer einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (2) zwei mit Öffnungsprofilen (212, 213, 223) versehene Dichtscheiben (21, 22) aufweist, die an ebenen, feinstbearbeiteten Dichtflächen in Gleitkontakt gehal­ ten sind, daß die erste Dichtscheibe (21) durch je einen Zu­ laufstutzen (10, 11) gespeiste, getrennte Eintrittskammern (12, 13) begrenzt und stationär im Gehäuse (1) angeordnet ist und daß die zweite Dichtscheibe (22) federnd an die stationäre erste Dichtscheibe (21) angedrückt und mit der Schaltwelle (3) drehfest gekuppelt ist.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtscheiben (21, 22) planparallel ausgebildet sind und aus einem keramischen, vorzugsweise oxidkeramischen oder aus einem Sintermetall-Werkstoff bestehen.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die stationäre erste Dichtscheibe (21) einer ebenen, ringförmig umlaufenden Gehäuseschulter (17) und einem etwa radial verlaufenden Gehäusesteg (16) über eine Dichtung (24), vorzugsweise eine Gummidichtung, aufgesetzt ist und daß der Gehäusesteg (16) eine Trennwand zwischen den Eintritts­ kammern (12, 13) bildet.

4. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zulaufstutzen (11) mit der Achse (30) der Schaltwelle (3) koaxial ausgerichtet ist und der Ablauf­ stutzen (15) mit einem anderen Zulaufstutzen (10) quer zur Schaltwellenachse (30) koaxial ausgerichtet ist.

5. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskammern (12, 13) so gestaltet sind, daß alle dem in den Eintrittskammern herrschenden Me­ diendruck ausgesetzten Flächenbereiche der ersten Dichtscheibe (21) gleich groß sind.

6. Mehrwegeventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Eintrittskammer (12) ein in Strömungsrichtung (P 1) U-förmiges Querschnittsprofil hat.

7. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (14) durch eine Gehäuse­ öffnung (18) zugänglich ist, die axial mit den Dichtscheiben (21, 22) ausgerichtet ist und deren lichte Weite wenigstens so groß wie der Durchmesser der Dichtscheiben ist.

8. Mehrwegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseöffnung (18) durch einen Deckel (4) im wesent­ lich druckdicht verschlossen ist und die drehbare zweite Dichtscheibe (22) durch eine am Verschlußdeckel abgestützte Druckfeder (6) an die erste Dichtscheibe (21) angedrückt ist.

9. Mehrwegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) so bemessen ist, daß ihre auf die drehbare zweite Dichtscheibe (22) wirkende Federkraft größer als der maximale Differenzdruck zwischen den Eintrittskammern (12, 13) und der Mischkammer (14) ist.

10. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein scheibenförmiger Mitnehmer (23) mit der Schaltwelle (3) drehfest verbunden und über in Ausnehmungen (222) einfassende Klauen (232) mit der zweiten Dichtscheibe (22) gekuppelt ist.

11. Mehrwegeventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmigen Mitnehmer (23) mit einem axialen Zentrierzapfen (230) versehen ist und daß der Zentrierzapfen in Axialbohrungen (220, 210) der beiden Dichtscheiben ein­ greift.

12. Mehrwegeventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der scheibenförmige Mitnehmer ein etwa halb­ kreisförmiges Profil hat, das kleiner ist als das Verschluß­ profil der als Regelscheibe dienenden drehbaren zweiten Dicht­ scheibe (22).

13. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtscheibe (21) den Eintrittskammern (12, 13) getrennt zugeordnete profilierte Durchgangsöffnungen (212, 213) hat.

14. Mehrwegeventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Durchgangsöffnungen (212, 213) in der sta­ tionären ersten Dichtscheibe (21) jeweils ein nierenförmiges Profil haben.